CCD vs CMOS : Technologie des capteurs d'image dans les appareils numériques

Que signifie CCD ?

CCD = Charge-Coupled Device (Dispositif à transfert de charge). C'était le capteur d'image dominant dans les premiers appareils numériques (années 1980–2000) et reste utilisé en applications scientifiques, industrielles et en astrophotographie.

Fonctionnement d'un CCD

1. Capture des photons : Réseau de condensateurs MOS (pixels) collectent les photoélectrons pendant l'exposition.
2. Transfert de charge : Après exposition, des tensions décalent les paquets de charge rangée par rangée le long des colonnes vers un registre série, puis vers un unique amplificateur de sortie.
3. Lecture : Un seul amplificateur convertit la charge de tout le réseau en tension séquentiellement. Faible bruit, grande uniformité.
4. Obturateur global : Tous les pixels commencent/finissent l'exposition simultanément — pas d'artefacts de rolling shutter.

Forces du CCD

• Excellente uniformité, faible bruit de lecture, grande gamme dynamique.
• Obturateur global (pas de distorsion de mouvement).
• Technologie mature, durcie aux radiations pour l'espace.

Faiblesses du CCD

• Forte consommation d'énergie (le décalage de charge requiert de hautes tensions).
• Lecture lente (goulot d'étranglement série).
• Blooming (débordement de charge vers pixels adjacents) sans structures anti-blooming.
• Coûteux à fabriquer (procédé spécialisé).

CMOS (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)

Chaque pixel possède son propre amplificateur + circuit de lecture. Lecture parallèle → rapide, basse consommation, ADC et traitement sur puce.

Avantages du CMOS

• Moins de consommation, cadences élevées, capacité vidéo.
• Fonctions sur puce : AF à détection de phase, HDR, réduction de bruit.
• Procédé semi-conducteur standard → moins cher, intégrable avec de la logique.

Réalité moderne

Le CMOS a supplanté le CCD dans presque tous les appareils grand public (smartphones, hybrides, action cams). Les Exmor RS de Sony, Dual Pixel de Canon, ISOCELL de Samsung sont du CMOS. Le CCD persiste dans des niches scientifiques, microscopie et astronomie (ex. Sony ICX, Kodak/ON Semi KAF) où le silence ultime et l'obturateur global comptent.

Si vous achetez un appareil aujourd'hui, c'est presque certainement du CMOS. Le CCD est un chapitre de l'histoire de l'imagerie — brillant, mais largement retiré de la photographie grand public.