Kamera digital menjadi barang umum mengikuti penurunan harga jualnya. Salahsatu penggerak dibalik penurunan harga adalah dengan diperkenalkannya sensor CMOS. Sensor CMOS sangat jauh lebih murah untuk dirakit dibandingkan sensor CCD.

Kedua sensor CCD (charge-coupled device) dan CMOS (complimentary metal-oxide semiconductor) berfungsi sama yaitu mengubah cahaya menjadi elektron. Untuk mengetahui cara sensor bekerja kita harus mengetahui prinsip kerja sel surya. Anggap saja sensor yang digunakan di kamera digital seperti memiliki ribuan bahkan jutaan sel surya yang kecil dalam bentuk matrik dua dimensi. Masing-masing sell akan mentransform cahaya dari sebagian kecil gambar yang ditangkap menjadi elektron. Kedua sensor tersebut melakukan pekerjaan tersebut dengan berbagai macam teknologi yang ada.

Langkah berikut adalah membaca nilai dari setiap sel di dalam gambar. Dalam kamera CCD, nilai tersebut dikirimkan ke dalam sebuah chip dan sebuah konverter analog ke digital mengubah setiap nilai piksel menjadi nilai digital. Dalam kamera CMOS, ada beberapa transistor dalam setiap piksel yang memperkuat dan memindahkan elektron dengan menggunakan kabel. Sensor CMOS lebih fleksibel karena membaca setiap piksel secara individual.

Sensor CCD memerlukan proses pembuatan secara khusus untuk menciptakan kemampuan memindahkan elektron ke chip tanpa distorsi. Dalam arti kata sensor CCD menjadi lebih baik kualitasnya dalam ketajaman dan sensitivitas cahaya. Lain halnya, chip CMOS dibuat dengan cara yang lebih tradisional dengan cara yang sama untuk membuat mikroprosesor. Karena proses pembuatannya berbeda, ada beberapa perbedaan mendasar dari sensor CCD dan CMOS.

* Sensor CCD, seperti yang disebutkan di atas, kualitasnya tinggi, gambarnya low-noise. Sensor CMOS lebih besar kemungkinan untuk noise.* Sensitivitas CMOS lebih rendah karena setiap piksel terdapat beberapa

transistor yang saling berdekatan. Banyak foton mengenai transistor dibandingkan diodafoto.* Sensor CMOS menggunakan sumber daya listrik yang lebih kecil.* Sensor CCD menggunakan listrik yang lebih besar, kurang lebih 100 kali lebih besar dibandingkan sensor CMOS.* Chip CMOS dapat dipabrikasi dengan cara produksi mikroprosesor yang umum sehingga lebih murah dibandingkan sensor CCD.* Sensor CCD telah diproduksi masal dalam jangka waktu yang lama sehingga lebih matang. Kualitasnya lebih tinggi dan lebih banyak pikselnya.

Berdasarkan perbedaan tersebut, Anda dapat lihat bahwa sensor CCD lebih banyak digunakan di kamera yang fokus pada gambar yang high-quality dengan piksel yang besar dan sensitivitas cahaya yang baik. Sensor CMOS lebih ke kualitas dibawahnya, resolusi dan sensitivitas cahaya yang lebih rendah. Akan tetapi pada saat ini sensor CMOS telah berkembang hampir menyamai kemampuan sensor CCD. Kamera yang menggunakan sensor CMOS biasanya lebih murah dan umur baterenya lebih lama.

Saat ini banyak kamera digital murah yang menggunakan sensor CMOS daripada CCD. Apa kelemahan dan kekurangan CMOS dibanding CCD? CMOS memiliki keunggulan dimana ongkos produksi murah sehingga harga kamera lebih terjangkau. Sedangkan CCD memiliki keunggulan dimana sensor lebih peka cahaya, jadi pada kondisi redup (sore/ malam) tanpa bantuan lampu kilat masih bisa mengkap obyek dengan baik, sedangkan pada CMOS sangat buram.

Ada 2 jenis sensor yang beredar dan digunakan oleh produsen kamera (dan perangkat penangkap

cahaya lainnya), yaitu sensor CCD (Charge-coupled device) dan CMOS (Complementary metal–

oxide–semiconductor). Kedua sensor CCD (charge-coupled device) dan CMOS (complimentary

metal-oxide semiconductor) berfungsi sama yaitu mengubah cahaya menjadi elektron. Untuk

mengetahui cara sensor bekerja kita harus mengetahui prinsip kerja sel surya. Anggap saja sensor

yang digunakan di kamera digital seperti memiliki ribuan bahkan jutaan sel surya yang kecil

dalam bentuk matrik dua dimensi. Masing-masing sell akan mentransform cahaya dari sebagian

kecil gambar yang ditangkap menjadi elektron. Kedua sensor tersebut melakukan pekerjaan

tersebut dengan berbagai macam teknologi yang ada. Membandingkan kedua jenis ini ibaratnya

membandingkan apel dengan jeruk. Meski fungsinya sama, namun karakteristik dan prinsip kerja

kedua sensor ini berbeda, sehingga masing-masing sensor memiliki kelebihan dan kekurangan

masing-masing.

1. CCD (Charge-coupled device)

Teknologi yang digunakan CCD adalah teknologi yang sudah dipakai dalam waktu yang cukup

lama sebagai sensor cahaya. Cara kerja sensor ini adalah ketika cahaya mengenai sensor,

masing-masing pixel sensor menghasilkan muatan listrik yang kemudian dikonversi menjadi

tegangan.

Tegangan dikirim menuju chip pengkonversi sinyal analog menjadi digital (analog to digital

converter - A/D converter) melalui sebuah saluran dengan cara serial (seperti pada sistem

register geser).

Susunan komponen sensornya sederhana, namun untuk mendapatkan data digital, sensor CCD

membutuhkan piranti pendukung yang rumit. Karena sensor CCD masih menghasilkan output

berupa tegangan, maka sensor CCD sering disebut dengan piranti analog.

Keuntungannya, gambar yang dihasilkan menjadi lebih tajam dengan tingkat noise yang rendah.

Namun respon dari kamera ini relatif lebih lambat. Untuk menghasilkan data digital, sensor ini

membutuhkan piranti lain (chip dan rangkaian elektronik pendukung). Harga sensor ini pun

relatif mahal plus konsumsi dayanya juga tinggi.

2. CMOS (Complementary metal–oxide–semiconductor)

CMOS merupakan teknologi yang relatif baru serta dipakai pada industri semikonduktor. Sensor-

sensor cahaya menerima cahaya kemudian diubah langsung menjadi data digital. A/D converter

terletak pada masing-masing komponen sensor.

Oleh karena itu piranti CMOS lebih sering disebut piranti digital. Susunan komponen di dalam

CMOS memang lebih rumit namun keuntungannya komponen ini tidak memerlukan banyak

piranti pendukung untuk mendapatkan data digital.

Keuntungannya, respon sensor menjadi cepat, biaya produksi lebih murah (karena menggunakan

wafer semikonduktor yang siap pakai), serta konsumsi daya yang rendah.

Kelemahannya, gambar yang dihasilkan tidak setajam gambar yang dihasilkan oleh sensor CCD,

plus kemungkinan terjadinya noise lebih besar. Namun sensor CMOS generasi terbaru mampu

menghasilkan gambar setajam gambar hasil sensor CCD.

Sensor bukan satu-satunya faktor yang menjadi jaminan gambar yang dihasilkan oleh kamera

digital itu bagus atau tidak. Faktor-faktor lain misalnya lensa yang digunakan, pengaturan

kamera, dan sebagainya, juga sangat berpengaruh.

3. Perbedaaan antara sensor CCD dan CMOS

Sensor CCD memerlukan proses pembuatan secara khusus untuk menciptakan kemampuan

memindahkan elektron ke chip tanpa distorsi. Dalam arti kata sensor CCD menjadi lebih baik

kualitasnya dalam ketajaman dan sensitivitas cahaya. Lain halnya, chip CMOS dibuat dengan

cara yang lebih tradisional dengan cara yang sama untuk membuat mikroprosesor. Karena proses

pembuatannya berbeda, ada beberapa perbedaan mendasar dari sensor CCD dan CMOS.

Sensor CCD, seperti yang disebutkan di atas, kualitasnya tinggi, gambarnya low-noise. Sensor

CMOS lebih besar kemungkinan untuk noise.

Sensitivitas CMOS lebih rendah karena setiap piksel terdapat beberapa transistor yang saling

berdekatan. Banyak foton mengenai transistor dibandingkan diodafoto.

Sensor CMOS menggunakan sumber daya listrik yang lebih kecil.

Sensor CCD menggunakan listrik yang lebih besar, kurang lebih 100 kali lebih besar

dibandingkan sensor CMOS.

Chip CMOS dapat dipabrikasi dengan cara produksi mikroprosesor yang umum sehingga lebih

murah dibandingkan sensor CCD.

Sensor CCD telah diproduksi masal dalam jangka waktu yang lama sehingga lebih matang.

Kualitasnya lebih tinggi dan lebih banyak pikselnya.

Berdasarkan perbedaan tersebut, Anda dapat lihat bahwa sensor CCD lebih banyak digunakan di

kamera yang fokus pada gambar yang high-quality dengan piksel yang besar dan sensitivitas

cahaya yang baik. Sensor CMOS lebih ke kualitas dibawahnya, resolusi dan sensitivitas cahaya

yang lebih rendah. Akan tetapi pada saat ini sensor CMOS telah berkembang hampir menyamai

kemampuan sensor CCD. Kamera yang menggunakan sensor CMOS biasanya lebih murah dan

umur baterenya lebih lama. Saat ini banyak kamera digital murah yang menggunakan sensor

CMOS daripada CCD. Apa kelemahan dan kekurangan CMOS dibanding CCD? CMOS

memiliki keunggulan dimana ongkos produksi murah sehingga harga kamera lebih terjangkau.

Sedangkan CCD memiliki keunggulan dimana sensor lebih peka cahaya, jadi pada kondisi redup

(sore/ malam) tanpa bantuan lampu kilat masih bisa mengkap obyek dengan baik, sedangkan

pada CMOS sangat buram.

Prinsip kerja kamera digital

Prinsip kerja kamera digital mempunyai banyak kesamaan dengan kamera 35 mm, keduanya mempunyai lensa, lubang kecil untuk membidik, dan tombol untuk memotret. Pantulan cahaya objek diterima oleh lensa pada kamera sehingga objek terlihat di kamera. Lubang bidik dapat dibesarkan atau dikecilkan untuk pengendalian cahaya yang masuk ke kamera untuk menghasilkan gambar yang diinginkan sebagaimana kamera konvesional. Setelah gambar diambil selanjutnya gambar disimpan ke memory (alat menyimpan data) sebagai penganti film.

Proses penangkapan gambar pada kamera digital dilakukan oleh dua jenis perangkat yang memiliki cara kerja yang berbeda: Charge Couple Device ( CCD) dan Complemenary Metal Oxide Semiconductor ( CMOS )

Charge Couple Device ( CCD )CCD merupakan chip cilikon yang terbentuk dari ribuan atau bahkan jutaan dioda fotosensitif yang disebut photosites, photodelements, atau disebut juga piksel. Tiap photosite menangkap satu titik objek kemudian dirangkai dengan hasil tangkapan photosite lain menjadi satu gambar.Saat menekan tombol capture pada kamera digital, sel pengukur intesintas cahaya akan menerima dan merekam setiap cahaya yang masuk menurut intensitasnya.Dalam waktu yang sangat singkat, tiap titik photosite akan merekam cahaya yang diterima dan diakumulasikan dalam sinyal elektronis. Gambar yang sudah dikalkulasikan dalam gambar yang sudah direkam dalam bentuk sinyal elektronis akan dikalkulasi untuk

kemudian disimpan dalam bentuk angka-angka digital. Angka tersebut akan digunakan untuk menyusun gambar ulang untuk ditampilkan kembali

Perekaman gambar yang dilakukan oleh CCD sebenarnya dalam format grayscale atau monokrom dengan 256 macam intensitas warna dari putih sampai hitam.Revolusi fotografi yang dilakukan oleh James Clark Maxwel pada tahun 1860 an mampu membuat gambar berwarna dari film hitam putih dengan mengunakan filter merah, hijau dan biru yang dikenal dengan RGB ( Red Green Blue ).Pembentukan warna pada gambar fitografi sebenarnya hanya terdiri dari tiga warna yaitu merah, hijau dan biru atau disebut additive color system. Apabila ketiga warna ini digabungkan dengan intensitas yang sama akan membentuk warna putih.Penggabungan dua warna dengan intensitas yang sama akan menghasilkan warna baru : Red- Green à Yellow, Green-Blue àCyan, Blue-Red à Magenta.

Additive Color

System

Proses Filter Warna

Pada proses penyaringan warna, setiap cahaya yang ditangkap oleh piksel photosote akan tersaring menurut warna yang digunakan untuk proses penyaringan sesuai dengan intensitasnya.

Complemenary Metal Oxide Semiconductor ( CMOS )

CMOS merupakan teknologi pemudar gambar yang dikembangkan oleh Water Foundry Fab.CMOS adalah sirkuit kecil yang ditempelkan chip silikon. Hambatan teknologi ccd tentang ukuran yang terlalu besar bisa diatasi dengan teknologi CMOS.CMOS banyak digunakan untuk membuat mikroprosespr yang mampu memasukaan 10 juta chip keadaan inti prosesor.

CCD dan CMOS mempunyai beberapa kelebihan antara lain:

1. Sensor CMOS ditempelkan pada rangkaian stabilitator gambar dan rangkaian kompresi gambar . teknologi ini mampu menghasilkan kamera digital yang lebih kecil , lebih ringan dan murah dan juga dapat digabungkan dengan jam tangan, handphone atau lainnya.

2. Sensor CMOS dapat merubah mode penindai gambar diam menjadi penindahi gambar gerak.

3. CCD mempunyai kemampuan menyesuazikan intensitas cahaya yang sangat tinggi.

Sensor CMOS tidak digunakan pada kamera digital berjenis SLR ( Single Lens Reflex ), karena tidakl memiliki sensitifitas tinggi terhadap pergantian cahaya sehingga pemotretan dalam ruangan perlu bantuan blits/lampu kilat.Untuk mengatasi pada setiap piksel ditambah satu lensa mikro untuk memperbesar cahaya yang bisa diterima oleh sensor CMOS, selain itu perlu satu unit pengolah sinyal digital atau digital signal processing ( DSP ).DSP berfungsi untuk mengurangi atau bahkan menghapus semua kesalahan lenindaian. Versi awal DSP maupun mengolah 600 juta instruksi setiap gambarnya.

PENGERTIAN CCD

PENGERTIAN CCD :

CHARGE COUPLED DEVICE

Disingkat dengan CCD. Suatu alat pencitraan untuk menkonversikan cahaya

menjadi arus elektrik yang proporsional (analog). Sebuah CCD memiliki

lapisan-lapisan filter yang membagi spektrum warna menjadi warna merah

, hijau, biru agar bisa diproses secara digital oleh kamera. Ada dua macam

jenis CCD, yaitu rangkaian linier yang digunakan dalam scanner datar, alat

pengcopy digital dan Scanner Graphic Arts; serta rangkaian datar yang

dipakai dalam comcorders, kamera video tidak bergerak, kamera-kamera

digital dan high performance.

FUNGSI CCD :

Fungsi CCD yang menerima cahaya yang telah difokuskan lensa CCD akan

dirancang/dibuat dengan bahan yang tahan panas.

CCD juga didedikasikan untuk fungsi tertentu, seperti infra merah, hitam

Putih atau warna..

Sensor CCD (charge-coupled device) berfungsi yaitu mengubah cahaya

menjadi elektron. Untuk mengetahui cara sensor bekerja kita harus

mengetahui prinsip kerja sel surya. Anggap saja sensor yang digunakan di

kamera digital seperti memiliki ribuan bahkan jutaan sel surya yang kecil

dalam bentuk matrik dua dimensi. Masing-masing sell akan mentransform

cahaya dari sebagian kecil gambar yang ditangkap menjadi electron.

CCD merubah cahaya menjadi elektron dan output dari sensor CCD

memberikan hasil berupa tegangan, alias benar-benar piranti analog. Maka

itu pada kamera bersensor CCD, proses analog-to-digital conversion (ADC)

dilakukan diluar chip sensor.

Untuk penangkapan dan manajemen konfersi foton ke electron. Selebihnya

di lakukan oleh prosesor

CCD bias sepenuhnya dioptimalkan untuk penangkapan cahaya berkualitas

tinggi.

CCD bias menghasilkan foto-foto dengan rentang kontras yang lebih baik,

warna yang lebih akurat dan cacat sinyal (noise) yang lebih rendah.

CARA KERJA CCD:

Lensa menerima cahaya dan meneruskan ke CCD

Fotodioda pada CCD merespon cahaya yang mengenainya.

Lensa menerima cahaya dan meneruskan ke CCD

Fotodioda pada CCD merespon cahaya yang mengenainya. Cahaya ini

direspon fotodioda dengan menghasilkan muatan sesuai dengan

spektrum warna yang diterimanya.

Muatan tersebut akhirnya ditransfer ke kapasitor.dan tiap kapasitor

dapat mentansfer muatan listrik dari satu kapasitor ke kapasitor lain.

Muatan listrik tersebut masuk ke analog signal chain untuk diolah di

ADC. Semua proses ini dikontrol oleh sebuah clock signal.

CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)

CMOS sensor merupakan salah satu jenis sensor visual berbentuk Integrated

Circuit (IC). Pada tiap pixel CMOS sensor terdapat pengkonversi muatan ke

tegangan sendiri. Selain itu di dalam CMOS sensor itu sendiri terdapat

amplifier (penguat), pengoreksi noise, serta rangkaian pengubah dari analog

ke digital, sehingga output dari CMOS sensor adalah berupa bit-bit digital.

Kelebihan & kekurangan

Performance CCD CMOSResponsivity Moderate Slightly betterDynamic Range High ModerateUniformity High Low to ModerateUniform Shuttering Fast, common PoorSpeed Moderate to High HigherWindowing Limited ExtensiveAntiblooming High to none HighBiasing and Clocking Multiple, higher voltage Single, low-voltage

Contoh Aplikasi

Kamera digital Scanner Barcode reader Sensor Visual untuk R

SEJARAH CHARGE COUPLED DEVICE :

Tahun, 1969 F.Sangster dan K. Teer dari Philips Research Lab menemukan

Bucket-Brigade Device (BBD). Alat ini pada dasarnya mentransfer paket

muatan dari satu transistor ke transistor lain.

Pengembangan dari konsep ini akhirnya dilakukan oleh Willard Boyle dan

George Smith dari Bell Laboratories. Bedanya kali ini merupakan transfer

muatan dari satu kapasitor ke kapasitor lain, dan diberi nama CCD.

Awalnya didesain untuk memori, tetapi akhirnya ditemukan bahwa CCD

sensitif terhadap cahaya, sehingga akhirnya dikembangkan sebagai sensor

visual.

Definisi.

Integrated Circuit (IC) yang sensitif terhadap cahaya dan mampu

menyimpan dan menampilkan data dari sebuah gambar dengan cara tiap

pixel dari gambar dikonversi ke dalam bentuk muatan elektrik dengan

intensitas yang sesuai dengan spektrum warna.

By GoOgLe.

rinsip Kerja CCD

Bagian terpenting dari sebuah CCD adalah chip yang terdiri atas ribuan piksel (pixel; picture element) peka cahaya dalam susunan baris dan kolom. Pada prinsipnya, setiap chip CCD akan mengerjakan empat proses, yaitu pembangkitan, pengumpulan, pemindahan, dan pengukuran muatan listrik.

Ilustrasi cara kerja CCD sebagai sensor cahaya yang diterapkan dalam kamera digital. http://kva.se (A-C Reibekiel)

Kemampuan CCD dalam menangkap cahaya (foton) yang datang dan kemudian membangkitkan muatan melalui efek foto listrik menyatakan efisiensi pembangkitan muatan. Umumnya

dinyatakan sebagai fungsi panjang gelombang cahaya yang tiba di detektor. Efisiensi pembangkitan muatan ini sering disebut juga sebagai efisiensi kuantum, yaitu nisbah antara cahaya yang diubah menjadi sinyal listrik terhadap jumlah cahaya yang tiba.

Faktor utama yang mempengaruhi efisiensi kuantum adalah kemampuan bahan substrat semikonduktor menyerap energi foton. Jika koefisien serapan bahan semikonduktor tinggi, artinya pada panjang gelombang tersebut semikonduktor makin mudah menyerap energi foton untuk membangkitkan efek foto listrik (mengeluarkan elektron). Sebaliknya, bila harga koefisien serapan semikonduktor rendah berarti pada panjang gelombang tersebut bahan semikonduktor menjadi transparan terhadap foton. Koefisien serapan juga merupakan fungsi temperatur. Pada temperatur yang lebih tinggi, untuk panjang gelombang yang sama, harga koefisien serapannya juga meningkat.

Sementara itu, seberapa akurat suatu chip CCD mampu menampilkan citra dari elektron yang terkumpul, digambarkan oleh besaran yang disebut efisiensi pengumpulan muatan. Terdapat tiga faktor penting yang terkait dengan kemampuan ini, yaitu: (1) jumlah piksel, yang menunjukkan ukuran fisik dan resolusi CCD. Jumlah piksel CCD inilah yang menentukan resolusi citra akhir yang diperoleh, (2) jumlah maksimum elektron yang dapat ditampung masing-masing piksel, di mana piksel yang lebih besar akan menampung lebih banyak elektron, dan (3) kemampuan piksel menampung elektron hingga dilakukannya proses pemindahan dan pengukuran muatan listrik.

Ketika dilakukan pembacaan CCD, muatan listrik dipindahkan dari piksel menuju amplifier output. Selama berlangsungnya proses pemindahan, dapat saja terjadi kehilangan muatan. Bila terdapat persentase muatan sebesar ”a” yang tidak ikut berpindah, dengan demikian secara efektif hanya “1–a” yang  berhasil dipindahkan. Bagian “1–a” ini yang disebut sebagai efisiensi pemindahan muatan yang menunjukkan keberhasilan detektor dalam memindahkan paket sinyal hingga ke amplifier untuk dibaca. Seiring dengan kemajuan teknologi pembuatan CCD, nilai efisiensi pemindahan muatan  dapat dibuat mencapai 99,99999%, artinya dari tiap satu juta elektron yang akan dipindahkan hanya akan terjadi kehilangan satu buah elektron saja.

Elektron yang terkumpul akan memberikan arus listrik yang dapat diukur. Transistor akan menguatkan arus tersebut untuk selanjutnya ditera sebagai besaran energi yang diterima detektor dari sumber cahaya. Derau (noise) adalah segala bentuk sinyal yang tidak diinginkan dan kehadirannya mengganggu besaran yang hendak diukur. Untuk memperoleh hasil pengukuran yang berkualitas, derau yang muncul harus dihilangkan menggunakan kaidah-kaidah tertentu dalam proses pengkalibrasian citra.

CCD dan Astronomi

Dengan garis tengah maksimum bukaan pupil mata yang hanya 8 milimeter, manusia berkepentingan untuk mengembangkan alat bantu pengamatan, yakni teleskop, untuk keperluan memindai langit dengan ukuran garis tengah cermin ataupun lensa yang jauh lebih besar dibandingkan garis tengah pupil matanya. Dengan bantuan teleskop tersebut, tentunya lebih banyak informasi dari langit yang dapat dikumpulkan dan lebih redup lagi objek langit yang dapat dipindai.

Sebelum berkembangnya fotografi, astronom mencatat langsung segala sesuatu yang dilihatnya dari balik teleskop. Sejak dikenalnya teknologi fotografi, astronom pun mulai menggunakan pelat fotografi, yaitu pelat kaca berlapis emulsi fotografi, untuk memotret langit sebagai ganti aktivitas menggambar langsung apa yang dilihat oleh mata. Dengan menempatkan pelat fotografi di titik fokus teleskop, astronom memanfaatkan teleskop tak ubahnya sebagai sebuah kamera raksasa.

Dengan makin berkembang pesatnya teknologi, sekarang astronom telah beralih kepada penggunaan kamera CCD (Charge-Coupled Device), teknologi yang diadopsi secara besar-besaran sebagai alat bantu pengamatan sejak era 1980-an. Berbeda dengan pelat fotografi yang memerlukan proses pengolahan di kamar gelap menggunakan zat-zat kimia, penggunaan CCD memungkinkan astronom memperoleh citra digital yang dapat langsung diolah dengan komputer menggunakan bantuan perangkat lunak pengolah citra.

Meski memiliki beberapa keunggulan dibandingkan dengan detektor astronomi lainnya, seperti detektor fotografi dan fotomultiplier, tidak berarti CCD luput dari kekurangan. Kekurangan yang masih menyertai teknologi ini di antaranya adalah jumlah piksel yang terbatas. Sebagai contoh, kamera CCD generasi awal yang dipasangkan di teleskop ruang angkasa Hubble (Hubble Space Telescope) hanya memiliki resolusi 800×800 piksel (= 640.000 buah piksel). Jauh di bawah film seluloid 35 mm yang lebih dulu menjadi primadona fotografi yang memiliki resolusi setara dengan 2,5 juta buah piksel. Beberapa teknik telah dikembangkan untuk mengatasi keterbatasan jumlah piksel ini, yaitu dengan memperbesar ukuran fisik chip CCD-nya. Saat ini sudah berhasil dibuat CCD dengan ukuran chip 2048×4096 piksel dengan ukuran tiap piksel 15×15 mikrometer (1 mikrometer = 0,000001 meter), seperti yang diinstalasikan di teleskop Keck di Hawaai. Teknik lainnya adalah dengan menyusun beberapa chip kemudian dihubungkan dengan satu rangkaian pengontrol, yang dikenal sebagai teknik mosaik.

Kekurangan lain CCD berhubungan dengan ketelitian peneraannya yang bergantung pada jumlah bit (unit informasi terkecil dalam komputer) yang dipakai dalam Analog-to-Digital Converter, di mana semakin tinggi resolusi dan rentang dinamik (kemampuan untuk mencitrakan sumber cahaya terang dan redup bersamaan) yang diinginkan, jumlah bit yang dipakai pun lebih banyak. Sebagai ilustrasi, CCD dengan 512×492 piksel yang dikode dengan 12 bit akan menghasilkan data sekitar ½ megabyte per bingkai citra (frame). Bila dihasilkan 100 bingkai citra saja, berarti jumlah data yang terkumpul sebanyak 50 megabyte. Diperlukan komputer dengan kecepatan tinggi dan kapasitas memori yang besar. Lainnya terkait dengan luas bidang langit yang dapat direkam oleh CCD yang belum dapat dibandingkan dengan pelat fotografi. Ukuran chip CCD

yang kecil membuat sempitnya medan langit yang dapat diliput.

Pilar gas dan debu di awan antarbintang yang dikenal sebagai nebula Elang (Eagle nebula). Lingkaran menunjukkan posisi bintang-bintang yang baru lahir. Gambar diperoleh dengan teleskop ruang angkasa Hubble.

Kini, CCD seperti yang terpisahkan dengan astronomi pengamatan. Gambar-gambar spektakuler yang dihasilkannya telah merevolusi pemahaman kita tentang kosmos yang kita diami. Fenomena-fenomena spektakuler  yang  terjadi  nun  jauh  di  sana yang berhasil direkamnya, telah bercerita tentang betapa dinamisnya alam semesta; mulai dari kelahiran bintang-bintang dari tempat pembiakan mereka, semburan jet dari pusat galaksi, kanabalisme yang dilakukan oleh galaksi besar terhadap “galaksi satelitnya”, tabrakan antargalaksi, petunjuk perihal eksistensi lubang hitam, hingga kematian bintang-bintang melalui peristiwa dahsyat supernova. Tidaklah berlebihan karenanya bila The Royal Swedish Academi of Sciences kerajaan Swedia menobatkan kedua tokoh penemu CCD –Boyle dan Smith– sebagai salah satu penerima penghargaan Nobel fisika tahun ini.

Antara sensor CCD dan CMOS1 February 2010 14,062 views 6 Komentar

Satu hal yang kerap membuat bimbang tatkala seseorang hendak membeli kamera digital adalah jenis atau teknologi sensor yang digunakan, yaitu antara CCD ataukah CMOS. Kebingungan ini semakin parah saat kita mendapat informasi yang keliru soal perbedaan keduanya, atau terlanjur meyakini kalau satu lebih baik dari lainnya. Sebelum membahas lebih lanjut, kami sampaikan dulu kalau saat ini baik CCD maupun CMOS mampu memberikan hasil foto yang sama baiknya. Perbedaan utama keduanya hanyalah masalah teknologi.

Sensor CCD (charge coupled device) maupun Sensor CMOS (complementary metal oxide semiconductor) hanyalah bagian dari kamera digital berbentuk sekeping chip untuk menangkap cahaya, menggantikan fungsi film pada era kamera film. Pada kepingan ini terdapat jutaan piksel

yang sensitif terhadap cahaya (foton) dan energi cahaya yang diterima mampu dirubah dalam bentuk sinyal tegangan. Perbedaan teknis keduanya adalah dalam bagaimana tiap piksel itu memproses cahaya yang ditangkapnya. Piksel pada sensor CCD merubah cahaya menjadi elektron dan output dari sensor CCD memberikan hasil berupa tegangan, alias benar-benar piranti analog. Maka itu pada kamera bersensor CCD, proses analog-to-digital conversion (ADC) dilakukan diluar chip sensor.  Sebaliknya, tiap piksel pada sensor CMOS mampu menghasilkan tegangan keluaran sendiri (berkat transistor yang ada pada setiap piksel) sehingga memungkinkan membuat chip CMOS yang terintegrasi dengan rangkaian ADC.

Prinsip kerja sistem CCD

Prinsip kerja sistem CMOS

Baik sensor CCD maupun sensor CMOS, keduanya sudah cukup lama dikembangkan meski pada awalnya kualitas CMOS memang kalah dibanding dengan CCD. Maka itu CCD awalnya lebih diutamakan untuk dipakai pada kamera digital sementara CMOS hanya ditujukan untuk

dipakai di kamera ponsel. Lambat laun riset telah berhasil meningkatkan kualitas sensor CMOS dengan harapan bisa menyamai kualitas sensor CCD. Kini sensor CCD sendiri justru mulai dikembangkan untuk kamera ponsel, sebaliknya sensor CMOS yang semakin disempurnakan mulai diterapkan di kamera digital. Persilangan ini menandakan sudah tidak lagi ada perbedaan berarti dalam hal kualitas gambar antara keduanya. Kini pada kamera DSLR kelas menengah dan atas saat ini sudah memakai sensor CMOS, sementara DSLR ekonomis masih memakai CCD. Sebagian besar kamera non DSLR masih memakai sensor CCD.

Lebih lanjut mengenai perbedaan keduanya, inilah plus minus sensor CCD dan CMOS saat ini :

Sensor CCD

Plus :

matang secara teknologi desain sensor sederhana (lebih murah) sensitivitas tinggi (termasuk dynamic range) tiap piksel punya kinerja yang sama (uniform)

Minus :

desain sistem keseluruhan (CCD plus ADC) jadi lebih rumit dan boros daya kecepatan proses keseluruhan lebih lambat dibanding CMOS sensitif terhadap smearing atau blooming (kebocoran piksel) saat menangkap cahaya terang

Sensor CMOS

Plus :

praktis, keping sensor sudah termasuk rangkaian ADC (camera on a chip) hemat daya berkat integrasi sistem kecepatan proses responsif (berkat parralel readout structure) tiap piksel punya transistor sendiri sehingga terhindar dari masalah smearing atau blooming

Minus :

proses pematangan teknologi (untuk menyamai kualitas CCD perlu biaya besar) piksel dengan transistor didalamnya menurunkan sensitivitas piksel (area penerima cahaya

menjadi berkurang) piksel yang mampu mengeluarkan tegangan sendiri kurang baik dalam hal keseragaman kinerja

(uniformity)

Jadi, baik sensor CCD maupun CMOS memang berbeda total secara desain. CCD punya keunggulan dalam hal sensitivitas meski berpotensi terganggu saat berhadapan dengan cahaya terang. CMOS unggul dalam hal kecepatan hingga lebih cocok dipakai di kamera dengan fps (burst) tinggi. Namun keduanya sudah didesain untuk sanggup memberikan hasil foto yang

berkualitas tinggi, jadi fokuskan saja pilihan pada hal-hal lain seperti memilih lensa yang berkualitas dan melatih teknik memotret yang baik.