Perbedaan Antara Sensor Gambar CCD dan CMOS di Kamera Digital

---

Ada sebuah pertanyaan yang lumayan sering ditanyakan kepada saya: “Apa sih bedanya sensor CCD dan CMOS pada kamera digital? Kamera mana yang lebih bagus, yang memakai sensor CCD atau sensor CMOS?” Pihak produsen kamera memang kerap tidak menjelaskan secara lengkap perbedaan dari kedua jenis sensor gambar tersebut. Sebelum membahas lebih lanjut, terlebih dahulu saya sampaikan bahwa saat ini, baik sensor CCD maupun CMOS mampu memberikan hasil foto yang sama baiknya. Perbedaan utama keduanya hanyalah masalah teknologi.

Kamera digital sekarang ini sudah menjadi barang umum mengikuti penurunan harga jualnya. Salah satu penggerak di belakang penurunan harga adalah dengan diperkenalkannya sensor CMOS. Sensor CMOS sangat jauh lebih murah untuk dirakit dibandingkan sensor CCD.

Baik sensor CCD (Charge-Coupled Device) maupun 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 sel akan mentransform cahaya dari sebagian kecil gambar yang ditangkap menjadi elektron. Kedua sensor tersebut melakukan pekerjaan tersebut dengan berbagai macam teknologi yang ada.

Sensor CCD (Charge-Coupled Device)

Sensor CMOS (Complimentary Metal-Oxide Semiconductor)

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

Sensor CCD memerlukan proses pembuatan secara khusus untuk menciptakan kemampuan memindahkan elektron ke chip tanpa distorsi. Dalam kata lain, sensor CCD menjadi lebih baik kualitasnya dalam ketajaman dan sensitivitas cahaya. Lain halnya, chip sensor 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 pixel terdapat beberapa transistor yang saling berdekatan. Banyak foton mengenai transistor dibandingkan dioda-foto.
• 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 difabrikasi dengan cara produksi mikroprosesor yang umum sehingga lebih murah dibandingkan sensor CCD.
• Sensor CCD telah diproduksi massal dalam jangka waktu yang lama sehingga lebih matang. Kualitasnya lebih tinggi dan lebih banyak pixelnya.

Berdasarkan perbedaan tersebut, dapat lihat bahwa sensor CCD lebih banyak digunakan di kamera yang fokus pada gambar yang high-quality dengan pixel yang besar dan sensitivitas cahaya yang baik. Sensor CMOS lebih ke kualitas di bawahnya, 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 baterainya 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.

CCD dibuat dengan lebih sensitif dan dengan responsibility tinggi. itu menyebabkan ISO yang di gunakan paling rendah 200. dengan kontras yang tinggi membuat sangat noise pada ISO tinggi. Sedangkan CMOS, tidak sesensitif CCD, dengan power yang rendah menghasilkan gambar yang lebih soft. Dengan kontras yang tidak begitu tinggi, membuat gambar masih terlihat baik di ISO yang tinggi.

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)

Kamera-kamera yang menggunakan sensor CCD: Nikon D60, Fujifilm FinePix S5 Pro, Nikon D80, Nikon D40X, Canon PowerShot G9, Canon PowerShot Pro1, Ricoh GR Digital, dll

Kamera-kamera yang menggunakan sensor CMOS: Nikon D2Xs, Nikon D3, Nikon D300, Canon EOS 450D, Canon EOS-1D Mark III, Canon EOS-1Ds Mark III, Canon EOS 5D, Pentax K20D, Samsung GX-20, Sigma SD14, dll

Sensor CMOS (complementary metal oxide semiconductor)

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)

Sensor CCD (charge coupled device)

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

TEKNOLOGI CCD

Teknologi CCD menggunakan sinar infra red dan berbeda dengan sistem laser, menggunakan teknologi CCD seperti yang dipakai pada kamera. Kepekaan pembacaan CCD masih dibawah sistem Laser. Apalagi bagi orang yang bisa menggunakan sistem laser, dimana cara scanning barcode harus tegak lurus, maka harus mengubah kebiasaan – karena pada CCD justru pembacaannya menggunakan tidak perlu tegak lurus, namun menggunakan sudut. Pembacaan dengan scanner CCD juga mensyaratkan supaya sinar dan obyek barcode didekatkan atau ditempelkan pada jarak maksimal 2 cm. Jenis barcode scanner CCD jauh lebih kuat dan tahan banting.

Membandingkan kepekaan CCD dengan laser juga harus dilihat dari resolusi CCD. CCD model lama masih menggunakan 1000 pixel. Sedangkan CCD berkualitas sudah menggunakan teknologi 2000pixel. Teknologi 2MP memungkinkan scanning CCD bisa sampai pada jangkauan 20cm, disebut dengan kelas Mid Range CCD atau pembacaan sampai 30cm disebut dengan kelas long Range Scan Distance CCD.

TEKNOLOGI CMOS

Teknologi CMOS digunakan di mikroprosesor, pengontrol mikro, RAM statis, dan sirkuit logika digital lainnya. Teknologi CMOS juga digunakan dalam banyak sirkuit analog, seperti sensor gambar, pengubah data, dan trimancar terintegrasi untuk berbagai jenis komunikasi.

CMOS juga sering disebut ( complementary-symmetry metal–oxide–semiconductor) or COSMOS (semikonduktor–logam–oksida komplementer-simetris). Kata komplementer-simetris merujuk pada kenyataan bahwa biasanya desain digital berbasis CMOS menggunakan pasangan komplementer dan simetris dari MOSFET semikonduktor tipe-p dan semikonduktor tipe-n untuk fungsi logika. Dua karakter penting dari CMOS adalah kekebalan desahnya yang tinggi dan penggunaan daya statis yang rendah. Daya hanya diambil saat transistor dalam CMOS berpindah diantara kondisi hidup dan mati. Akibatnya, peranti CMOS tidak menimbulkan bahang sebanyak sirkuit logika lainnya, seperti logika transistor-transistor (TTL) atau logika NMOS, yang hanya menggunakan peranti tipe-n tanpa tipe-p. CMOS juga memungkinkan chip logika dengan kepadatan tinggi dibuat

CMOS merujuk pada desain sirkuit digital tertentu, dan proses-proses yang digunakan untuk mengimplementasikan sirkuit tersebut dalam rangkaian terintegrasi. Sirkuit CMOS memboroskan lebih sedikit daya saat statis, dan memungkinkan penempatan sirkuit yang lebih padat daripada teknologi lain yang mempunyai fungsi sama. Saat keuntungan ini menjadi lebih diinginkan, proses CMOS dan variannya mendominasi sirkuit digital terintegrasi modern

Sirkuit CMOS menggunakan kombinasi MOSFET tipe-n dan tipe-p untuk mengkonstruksi gerbang logika dan sirkuit digital yang ditemui di komputer, peralatan komunikasi, dan peralatan pemroses sinyal. Walaupun logika CMOS dapat dibangun dari komponen terpisah (seperti pada proyek pemula), biasanya produk CMOS adalah rangkaian terintegrasi yang terdiri dari jutaan transistor pada sepotong silikon seluas antara 0,1 hingga 4 sentimeter persegi. Peranti tersebut biasanya disebut dengan chip, sedangkan untuk perindustrian juga disebut dengan die (tunggal) atau dice (jamak

Prinsip utama dibalik litar CMOS yang menjadikannya dapat digunakan untuk gerbang logik adalah penggunaan MOSFET type-p dan type-n untuk membuat jalan menuju keluaran dari sumber tegangan atau dibumikan. Ketika jalan menuju keluaran dibuat dari sumber tegangan, litar ini disebut pull-up. Di lain pihak, litar dinyatakan pull-down jika jalan menuju keluaran dibuat dari bumi.

Logika CMOS memboroskan lebih sedikit daya dibandingkan dengan logika NMOS karena CMOS hanya memboroskan daya hanya saat pensakelaran ("daya dinamis"). Pada proses 90 nanometer modern, pensakelaran keluaran memerlukan waktu 120 pikosekon, dan berulang setiap sepuluh nanosekon. Logika NMOS memboroskan daya ketika keluaran rendah ("daya statis"), karena terdapat jalur dari Vdd ke Vss melalui resistor beban dan jaringan tipe-n.

Sirkuit CMOS memboroskan daya dengan mengisi kapasitas liar ketika pensakelaran. Muatan yang bergerak adalah perkalian antara kapasitas liar dengan perubahan tegangan. Kalikan dengan frekuensi pensakelaran untuk mendapatkan arus borosan, dan kalikan dengan tegangan lagi untuk mendapatkan borosan daya karakteristik peranti CMOS P = CV2f.

Sebuah borosan daya yang lain ditemukan pada 1990-an saat kabel pada chip menjadi lebih panjang dan lebih tipis. Gerbang CMOS pada ujung kabel tersebut menerima transisi masukan yang lambat. Ditengah-tengah transisi masukan, semua transistor baik NMOS ataupun PMOS untuk sementara hidup bersamaan, dan arus mengalir langsung dari Vdd ke Vss. Daya yang digunakan disebut daya "linggis". Desain yang hati-hati dimana menghindari kawat penggerak yang terlalu panjang mengurangi borosan ini, dan sekarang daya linggis selalu lebih rendah daripada daya pensakelaran
Disamping penggunaan digital, teknologi CMOS juga digunakan untuk penggunaan analog. Sebagai contoh adalah IC op-amp CMOS. Teknologi CMOS juga sering digunakan untuk penggunaan frekuensi radio. Sesungguhnya,teknologi CMOS juga digunakan untuk sirkuit terintegrasi sinyal campuran (analog+digital).

Pilih yang mana

Baik sensor CCD maupun CMOS memang berbeda total secara teknologi dan 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 aplikasi yang mau digunakan, memilih lensa yang berkualitas dan melatih teknik memotret