sexta-feira, 2 de novembro de 2012

Fundamentos da Captação de Imagens

       A melhor maneira de começarmos é saber: O que “diacho” é enxergar? Vamos acabar com o mito do “presente”... Nós sempre enxergamos o “passado”, mesmo que isso corresponda a milionésimos de segundo. Vou explicar:
        Sacaram? A fonte de luz emite fótons que viajam na velocidade máxima conhecida, a “Velocidade da Luz”, 300.000 Km/s, estes viajam pelos meios, que podem ter densidades variadas, e atingem os objetos. A “Luz” do Sol, para fins de exemplo, é composta por todas as cores do espectro visível, o Arco-Íris. O Objeto que é atingido por esta “luz” absorve determinadas freqüências e reflete outras. Estas freqüências que são refletidas, na verdade, são a “cor” do objeto que vemos. Pois então... Vemos o passado! Já que a Luz não viaja de forma instantânea. Voltaremos à falar da composição da Luz em artigos futuros. Como a Câmera “Enxerga”?
         A Luz passa pelas lentes e atinge o Beam-Splitter (“divisor de raio” em português). O Beam-Splitter funciona como um prisma que vai “dividir” a luz em Vermelho-Azul-Verde e direciona-la a um dos 3 sensores, neste caso o CCD (charge Couple Devices – Dispositivo Binário de Carga).
      A Luz será convertida em sinais eletrônicos que serão armazenados na mídia utilizada pela Câmera. Segundo Ronaldo Morant¹, os sensores CCD e CMOS podem ser definidos assim:
O CCD

        O CCD é um dispositivo eletrônico analógico contendo inúmeros pontos chamados de pixel, onde a luz é captada e convertida em cargas elétricas, onde a sua intensidade é proporcional à intensidade da luz que incidiu naquele ponto. Estas cargas elétricas nos CCDs são então lidas por um circuito eletrônico e convertidas em um sinal elétrico analógico, que passa para um processador dentro da câmera que o converte para sinal elétrico digital, ou seja, todo sinal gerado na câmera, mesmo nas digitais, tem início como um sinal analógico.

O CMOS

Complementary Metal Oxide Semiconductor, ou chips de imagem do tipo CMOS são semelhantes em sua função aos chips do tipo CCD (Charge Coupled Device): destinam-se ao registro eletrônico de imagens projetadas em suas superfícies através das lentes de uma câmera. Exemplo de CMOS para registro de imagem: São semelhantes também no conceito de captura de imagem: chips analógicos conectados a uma grade de pixels formada por elementos fotoelétricos gerando cargas elétricas que, após "lidas" pelo sensor, tem que passar por um processo de conversão analógico-digital para produzir as imagens a serem armazenadas na câmera. A partir deste ponto no entanto, os dois tipos de sensores divergem consideravelmente.

           Em comparação com o CCD, o chip CMOS apresenta consumo bem menor de energia (e consequentemente menor aquecimento) além de utilizar menos elementos eletrônicos (transístores por exemplo) em sua montagem - o chip é menor e mais compacto do que o CCD. Este menor tamanho possibilita a confecção de câmeras também menores. Chips CMOS apresentam menor signal-to-noise (ruído na imagem) em comparação aos CCDs. Isto porque, ao contrário do que ocorre nos CCDs, onde o sinal de cada pixel é passado para seu vizinho até ser direcionado na saída do chip, no CMOS há um amplificador único, no CMOS cada pixel possui seu próprio amplificador independente de sinal de imagem. Esse processo de leitura acarreta menor interferência na imagem. Além disso, amplificadores adicionais podem ser colocados em determinados pontos do CMOS ao longo da cadeia percorrida pelo sinal elétrico, por exemplo reforçando o ganho de sinal de determinada cor (no sistema de chip único, não no de 3 CCDs). Com este ajuste individual é possível refinar o processo de white balance da imagem por exemplo.

             Por outro lado, tradicionalmente a imagem gerada por chips CMOS sempre foi inferior à correspondente imagem gerada por chips CCD, por isto também, tradicionalmente, as câmeras de vídeo empregam normalmente CCDs e não CMOSs, tendo sido estes relegados a câmeras baratas de vigilância durante vários anos. O CCD apresentou também sempre uma melhor resolução dos tons de luminosidade em relação ao CMOS.
 
             Uma das diferenças do CMOS em relação ao CCD é que enquanto o CCD exige outros chips paralelos fora do mesmo para efetuar as tarefas do processo de captura da imagem (como a redução dos "ruídos" da imagem (noise reduction), o processamento do sinal (DSP - Digital Signal Processor) e a conversão analógico-digital (ADC - Analogical Digital Conversion)), no CMOS todas essas tarefas são executadas dentro do próprio chip. Em outras palavras, enquanto o CCD só faz a conversão da luz em cargas elétricas e as tranfere para fora do chip para que todo o processamento da imagem seja feito, o CMOS faz tudo isso dentro do chip, onde podemos resumir que o CMOS é um dispositivo Digital. Essas facilidades se traduzem em menor tamanho ocupado pelo conjunto (menor espaço ocupado dentro da câ mera por exemplo) e também permite tornar programável diversas dessas funções (conferindo flexibilidade ao chip, podendo ser programado para várias situações diferentes). Outra diferença é que o CCD tradicionalmente possui melhor desempenho em condições precárias de luz em comparação ao CMOS, o que, no entanto, também está sendo superado pelo desenvolvimento tecnológico. O aumento no desempenho e qualidade dos sensores de imagem CMOS, tornará seu uso corrente em câmeras de alta definição (HD e HDTV) refletindo-se na diminuição de seu custo final.
¹ Ronaldo Morant
        Com experiência de 30 anos em televisão, vídeo e cinema, atuou como roteirista, diretor, cinegrafista, diretor de fotografia, editor e produtor executivo e domina todo o processo de produção de desenho animado tradicional, da criação de personagens à filmagem em truca de 16mm. Possui ainda larga experiência como repórter cinematográfico em telejornalismo. Graduado e pós-graduado em cinema, é professor universitário nos cursos de Produção Audiovisual e Cinema da Universidade Estácio de Sá e atualmente exerce a função de coordenador do curso de Produção Audiovisual no Campus Tom Jobim - Barra. É também professor dos cursos de Operação de Câmera e Repórter Cinematográfico no Polo Rio Cine e Video, além de produtor executivo e criador da série “ECOS” para TV da Produtora InFilmes - Filmes Independentes. Participou como roteirista, produtor, diretor de fotografia e diretor de 10 curtas-metragens, entre eles Boi na vitrine (1991, como diretor de fotografia), que ganhou o Prêmio de melhor Curta-metragem no Festival de Vídeo de Canelas (RS), e Surpresa (2003, como roteirista, produtor e diretor), vencedor do Prêmio de melhor Curta-metragem no III Festival de Curtas da Estácio (2004) e indicadoo para “melhor filme” no Festival de Cinema de Filmes de Língua Portuguesa (2005).

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sexta-feira, 2 de novembro de 2012

Fundamentos da Captação de Imagens

       A melhor maneira de começarmos é saber: O que “diacho” é enxergar? Vamos acabar com o mito do “presente”... Nós sempre enxergamos o “passado”, mesmo que isso corresponda a milionésimos de segundo. Vou explicar:
        Sacaram? A fonte de luz emite fótons que viajam na velocidade máxima conhecida, a “Velocidade da Luz”, 300.000 Km/s, estes viajam pelos meios, que podem ter densidades variadas, e atingem os objetos. A “Luz” do Sol, para fins de exemplo, é composta por todas as cores do espectro visível, o Arco-Íris. O Objeto que é atingido por esta “luz” absorve determinadas freqüências e reflete outras. Estas freqüências que são refletidas, na verdade, são a “cor” do objeto que vemos. Pois então... Vemos o passado! Já que a Luz não viaja de forma instantânea. Voltaremos à falar da composição da Luz em artigos futuros. Como a Câmera “Enxerga”?
         A Luz passa pelas lentes e atinge o Beam-Splitter (“divisor de raio” em português). O Beam-Splitter funciona como um prisma que vai “dividir” a luz em Vermelho-Azul-Verde e direciona-la a um dos 3 sensores, neste caso o CCD (charge Couple Devices – Dispositivo Binário de Carga).
      A Luz será convertida em sinais eletrônicos que serão armazenados na mídia utilizada pela Câmera. Segundo Ronaldo Morant¹, os sensores CCD e CMOS podem ser definidos assim:
O CCD

        O CCD é um dispositivo eletrônico analógico contendo inúmeros pontos chamados de pixel, onde a luz é captada e convertida em cargas elétricas, onde a sua intensidade é proporcional à intensidade da luz que incidiu naquele ponto. Estas cargas elétricas nos CCDs são então lidas por um circuito eletrônico e convertidas em um sinal elétrico analógico, que passa para um processador dentro da câmera que o converte para sinal elétrico digital, ou seja, todo sinal gerado na câmera, mesmo nas digitais, tem início como um sinal analógico.

O CMOS

Complementary Metal Oxide Semiconductor, ou chips de imagem do tipo CMOS são semelhantes em sua função aos chips do tipo CCD (Charge Coupled Device): destinam-se ao registro eletrônico de imagens projetadas em suas superfícies através das lentes de uma câmera. Exemplo de CMOS para registro de imagem: São semelhantes também no conceito de captura de imagem: chips analógicos conectados a uma grade de pixels formada por elementos fotoelétricos gerando cargas elétricas que, após "lidas" pelo sensor, tem que passar por um processo de conversão analógico-digital para produzir as imagens a serem armazenadas na câmera. A partir deste ponto no entanto, os dois tipos de sensores divergem consideravelmente.

           Em comparação com o CCD, o chip CMOS apresenta consumo bem menor de energia (e consequentemente menor aquecimento) além de utilizar menos elementos eletrônicos (transístores por exemplo) em sua montagem - o chip é menor e mais compacto do que o CCD. Este menor tamanho possibilita a confecção de câmeras também menores. Chips CMOS apresentam menor signal-to-noise (ruído na imagem) em comparação aos CCDs. Isto porque, ao contrário do que ocorre nos CCDs, onde o sinal de cada pixel é passado para seu vizinho até ser direcionado na saída do chip, no CMOS há um amplificador único, no CMOS cada pixel possui seu próprio amplificador independente de sinal de imagem. Esse processo de leitura acarreta menor interferência na imagem. Além disso, amplificadores adicionais podem ser colocados em determinados pontos do CMOS ao longo da cadeia percorrida pelo sinal elétrico, por exemplo reforçando o ganho de sinal de determinada cor (no sistema de chip único, não no de 3 CCDs). Com este ajuste individual é possível refinar o processo de white balance da imagem por exemplo.

             Por outro lado, tradicionalmente a imagem gerada por chips CMOS sempre foi inferior à correspondente imagem gerada por chips CCD, por isto também, tradicionalmente, as câmeras de vídeo empregam normalmente CCDs e não CMOSs, tendo sido estes relegados a câmeras baratas de vigilância durante vários anos. O CCD apresentou também sempre uma melhor resolução dos tons de luminosidade em relação ao CMOS.
 
             Uma das diferenças do CMOS em relação ao CCD é que enquanto o CCD exige outros chips paralelos fora do mesmo para efetuar as tarefas do processo de captura da imagem (como a redução dos "ruídos" da imagem (noise reduction), o processamento do sinal (DSP - Digital Signal Processor) e a conversão analógico-digital (ADC - Analogical Digital Conversion)), no CMOS todas essas tarefas são executadas dentro do próprio chip. Em outras palavras, enquanto o CCD só faz a conversão da luz em cargas elétricas e as tranfere para fora do chip para que todo o processamento da imagem seja feito, o CMOS faz tudo isso dentro do chip, onde podemos resumir que o CMOS é um dispositivo Digital. Essas facilidades se traduzem em menor tamanho ocupado pelo conjunto (menor espaço ocupado dentro da câ mera por exemplo) e também permite tornar programável diversas dessas funções (conferindo flexibilidade ao chip, podendo ser programado para várias situações diferentes). Outra diferença é que o CCD tradicionalmente possui melhor desempenho em condições precárias de luz em comparação ao CMOS, o que, no entanto, também está sendo superado pelo desenvolvimento tecnológico. O aumento no desempenho e qualidade dos sensores de imagem CMOS, tornará seu uso corrente em câmeras de alta definição (HD e HDTV) refletindo-se na diminuição de seu custo final.
¹ Ronaldo Morant
        Com experiência de 30 anos em televisão, vídeo e cinema, atuou como roteirista, diretor, cinegrafista, diretor de fotografia, editor e produtor executivo e domina todo o processo de produção de desenho animado tradicional, da criação de personagens à filmagem em truca de 16mm. Possui ainda larga experiência como repórter cinematográfico em telejornalismo. Graduado e pós-graduado em cinema, é professor universitário nos cursos de Produção Audiovisual e Cinema da Universidade Estácio de Sá e atualmente exerce a função de coordenador do curso de Produção Audiovisual no Campus Tom Jobim - Barra. É também professor dos cursos de Operação de Câmera e Repórter Cinematográfico no Polo Rio Cine e Video, além de produtor executivo e criador da série “ECOS” para TV da Produtora InFilmes - Filmes Independentes. Participou como roteirista, produtor, diretor de fotografia e diretor de 10 curtas-metragens, entre eles Boi na vitrine (1991, como diretor de fotografia), que ganhou o Prêmio de melhor Curta-metragem no Festival de Vídeo de Canelas (RS), e Surpresa (2003, como roteirista, produtor e diretor), vencedor do Prêmio de melhor Curta-metragem no III Festival de Curtas da Estácio (2004) e indicadoo para “melhor filme” no Festival de Cinema de Filmes de Língua Portuguesa (2005).

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