O que é o sensor de imagem CMOS usado em câmeras?

O sensor de imagem CMOS (semicondutor de óxido metálico complementar) está presente em câmeras para capturar a luz e convertê-la em imagem, usando fotodetectores e transistores.

Histórico e aplicações

O sensor CMOS foi criado pelo cientista e engenheiro Peter J. W. Noble em 1968. Nas décadas de 1970 e 80, esta tecnologia foi usada nas indústrias aeroespacial e automobilística.

Os sensores CMOS se tornaram avançados o suficiente para câmeras digitais a partir da década de 90; e ultrapassaram os sensores CCD em vendas em 2004. Câmeras digitais, câmeras DSLR, câmeras mirrorless, webcams e celulares usam sensores CMOS.

O mercado de sensores de imagem CMOS valia US$ 16,82 bilhões em 2021, e deve aumentar para US$ 23 bilhões em 2028, de acordo com a consultoria Brandessence. O crescimento deve ser puxado em grande parte pela maior demanda por celulares.

A Sony é líder de vendas em sensores CMOS para câmeras; o setor também é composto por Samsung, OmniVision, Canon, Fujifilm, NikkoIA SAS, Panasonic e outras fabricantes.

Como funciona um sensor de imagem CMOS

O sensor CMOS transforma a luz em um sinal elétrico, que é amplificado dentro do pixel e gera o sinal digital representando a imagem.

Existem quatro componentes principais de um sensor CMOS, de acordo com a fabricante Tokyo Electron:

• microlente: direciona a luz para o fotodiodo;
• filtro de cor: deixa passar somente uma cor da luz;
• pixel: recebe a luz, transformando-a em um sinal elétrico;
• conversor analógico-digital: transforma o sinal elétrico em um sinal digital, isto é, uma sequência de zeros e uns.

O filtro de cor recebe a luz vinda da lente, e só permite passar determinados padrões de cores, como o RGB (vermelho, azul ou verde). A matriz Bayer é o filtro RGB mais comum, reproduzindo a maior parte das cores visíveis ao olho humano.

Em um sensor CMOS, cada pixel é composto por um fotodetector, para capturar a luz; e por um ou mais transistores ativos. Esses transistores amplificam o sinal elétrico e o repassam para o conversor analógico-digital.

Quanto mais megapixels, maior a resolução da imagem. O tamanho do sensor também afeta a profundidade de campo.

CMOS é um processo de fabricação de circuitos. O sensor CMOS é um sensor de pixel ativo (APS) composto por transistores do tipo MOSFET (transistor de efeito de campo metal-óxido-semicondutor).

Vantagens e desvantagens do CMOS

Os sensores CMOS têm como principal vantagem o custo menor de fabricação. No entanto, uma desvantagem é a maior chance de ruído e distorções na imagem.

De modo resumido, temos:

• Tamanho e custo menores: o sensor CMOS vem embutido com todos os componentes necessários para produzir uma imagem, ao contrário do CCD (que exige um amplificador e conversor analógico-digital à parte);
• Menor consumo de energia: o CMOS exige até 100 vezes menos energia que um sensor CCD para funcionar, segundo a fabricante Teledyne FLIR – isso o torna mais adequado para eletrônicos com baterias, como celulares e câmeras digitais;
• Maior chance de ruído: os circuitos embutidos no sensor CMOS, aumentam o risco de ruído nas imagens, como listras e outros padrões;
• Maior chance de distorções na imagem: a maioria dos sensores CMOS usa o mecanismo “rolling shutter” para capturar fotos, lendo cada fileira de pixels por vez, o que pode causar distorções se o objeto estiver em movimento.

Perguntas frequentes