CCD vs CMOS ใครจะอยู่ใครจะไป ?

ในยุคข้อมูลข่าวสาร ภาพดิจิทัลกลายเป็นข้อมูลจำเป็นไปซะแล้ว ไม่ว่าคุณจะอยู่ที่ไหนภาพดิจิทัลได้มีส่วนร่วมไปทั้งนั้น ทีวีระบบดิจิทัล วีดีโอซีดี ดีวีดี กล้องระบบดิจิทัล แม้แต่โทรศัพท์มือถือก็มีส่วนที่เป็นกล้องดิจิทัลอยู่ด้วยแล้ว เทคโนโลยีการถ่ายภาพดิจิทัลนั้นได้มีการพัฒนาอย่างรวดเร็วในช่วงระยะเวลา 5-6 ปีที่ผ่านมา สิ่งสำคัญที่ทำให้การถ่ายภาพก้าวกระโดดจากระบบฟิล์มมาเป็นระบบ ดิจิทัล ก็คือตัวรับรู้ หรือ เซ็นเซอร์ (Sensor) ซึ่งปัจจุบันนี้เซ็นเซอร์มีใช้กันอยู่สองชนิด คือ ซีซีดี (CCD, Charge Coupled Device) และ ซีมอส (CMOS, Complementary Metal Oxide Semiconductor)

ความเหมือนและความต่าง

CCD และ CMOS ต่างก็เป็นอุปกรณ์อิเล็คโทรนิกส์ ผลิตมาจากซิลิคอน โดยมีหน้าที่เปลี่ยนแสงให้เป็นสัญญาณไฟฟ้า ในแผง CCD และ CMOS จะประกอบด้วยเซลล์รับแสงจำนวนมาก เรียกว่าจุดภาพ หรือ พิกเซล (Pixel, Picture Element) ซึ่งเมื่อแต่ระจุดภาพรับแสงแล้ว จะเปลี่ยนโฟตอน (แสง) เป็นประจุไฟฟ้าก่อน จากนั้นประจุเหล่านั้นจะถูกถ่ายโอนไปยังส่วน Output เพื่อเปลี่ยนเป็นความต่างศักย์ ทำการบัพเฟอร์ (พักข้อมูล) ไว้ แล้วจึงส่งออกจาก Chip ในลักษณะที่เป็นสัญญาณ Analog ทุกๆเซลล์สามารถใช้เป็นตัวรับแสงได้ สัญญาณ Output ที่ได้จะมีความสม่ำเสมอสูง (มีความสำคัญต่อคุณภาพของภาพ)


ภาพที่ 1 โครงสร้างของ CCD

สำหรับเซนเซอร์ที่เป็น CMOS นั้น แต่ละพิกเซลจะมีส่วนที่ทำหน้าที่แปลงประจุเป็นความต่างศักย์อยู่ในตัวเอง นอกจากนี้ยังมีส่วนที่เปลี่ยนสัญญาณ Analog ให้เป็น Digital อยู่ในเซนเซอร์ด้วย สิ่งต่างๆ ที่เพิ่มเข้าไปในเซนเซอร์นี้ ทำให้พื้นที่ในการรับแสงลดน้อยลง และเมื่อแต่ละพิกเซลสามารถทำการแปลงค่าได้เองนั้น ทำให้ความสม่ำเสมอของสัญญาณไม่ดีนัก แต่ก็ไม่จำเป็นต้องมีการประมวลผลอีกมากมายภายหลัง เพราะมีการทำไว้แล้วในระดับพิกเซล ดังนั้นสัญญาณที่ออกจาก CMOS จึงเป็นสัญญาณแบบดิจิทัล ขณะที่ CCD เป็นแบบ Analog


ภาพที่ 2 โครงสร้างของ CMOS

จากโครงสร้างที่ต่างกัน จึงทำให้ CCD และ CMOS มีคุณสมบัติที่แตกต่างกัน ดังนี้

ถ้าเปรียบเทียบตารางด้านบนจะพบว่า CCD ให้คุณภาพที่ดีกว่า แต่กระบวนการผลิต และการนำไปใช้งานจะซับซ้อนกว่า กินพลังงานมากกว่า ซึ่งทำให้ CCD จะมีราคาแพงกว่า CMOS โดยทั่วไป ดังจะเห็นได้ว่า CMOS จะใช้ในกล้องคุณภาพต่ำ และราคาถูก แต่มาจนปี 2002 CMOS คุณภาพสูงก็ได้ถูกพัฒนาขึ้นมาให้ดีกว่าเดิม ประกอบกับซอฟแวร์การจัดการภาพมีความก้าวหน้ามากยิ่งขึ้น ทำให้คุณภาพของภาพที่ได้จากกล้องที่ใช้ Sensor แบบ CMOS เทียบเท่ากับกล้องที่ใช้ Sensor แบบ CCD ดังจะเห็นได้ว่า กล้องสะท้องแสงเลนส์เดี่ยวแบบดิจิทัล ( Digital Single Lens Reflex Camera, DSLR) รุ่นต่างๆหันมาใช้ CMOS กันบ้างแล้ว ไม่ว่าจะเป็น Canon 20D, Nikon D2X, Kodak 14n เป็นต้น

ประเด็นสำคัญของการเลือกใช้ CCD หรือ CMOS นั้น คือเรื่องของคุณภาพ ราคา และการนำไปใช้ร่วมกับซอฟแวร์ ซึ่งผู้ผลิตแต่ละแห่ง จะเลือกใช้ตามกลยุทธ์และเทคโนโลยีที่เหมาะสม สำหรับผู้ใช้งานนั้นการเลือก CCD หรือ CMOS ไม่ใช่ประเด็นหลักเท่ากับ ความเร็วของการถ่ายภาพ และคุณภาพของภาพที่ได้ ซึ่งก่อนตัดสินใจซื้อกล้องก็ควรศึกษาข้อมูล เปรียบเทียบคุณภาพของภาพ และการตอบสนองต่อการใช้งานให้ดีเสียก่อน ในความเห็นของผู้เขียนแล้ว เชื่อว่า CMOS จะมีการนำมาใช้งานมากขึ้นในกล้องถ่ายภาพ เพราะกินไฟน้อย ไม่เพียงแต่กล้อง DSLR เท่านั้น แต่ยังรวมไปถึงกล้องระดับ Consumer ด้วย เพราะว่าการพัฒนาของ CMOS เพิ่งเกิดมาไม่นานนัก ประมาณ สิบกว่าปีเท่านั้น ซึ่งต่างกันกับ CCD ที่ได้รับการพัฒนามากว่า 40 ปีแล้ว หากทอดระยะเวลาไปอีก 5-10 ปี CMOS น่าจะไล่ทัน CCD ได้ในทุกระดับ