Apakah Perbedaan Kamera CCD dengan CMOS dalam astronomi?

Ada kemungkinan kita ingin membeli teleskop karena telah melihat gambar-gambar astronomi yang bagus, bukan? Untuk menghasilkan gambar astronomi, maka dibutuhkan kamera astronomi.

Kedua istilah di atas adalah jenis detektor atau kamera astronomi yang berbeda. Saat kita berbicara mengenai fotografi maupun fotografi, kita perlu mengingat bahwa cahaya memiliki sifat partikel. Sebab itu, kita dapat membayangkan cahaya yang datang kepada kita seperti hujan. Dalam melakukan pemotretan, fenomena yang terjadi dapat digambarkan oleh butir-butir hujan yang jatuh ditampung oleh ember-ember yang disusun pada halaman rumah.

Dalam kamera, ember-ember tersebut disebut sebagai pixel. Luasan yang ditutupi oleh ember-ember tersebut senilai dengan bidang sensor pada kamera. Partikel cahaya (foton) yang jatuh ke dalam setiap pixel memberikan energi kepada elektron pada pixel, sehingga elektron terlempar. Elektron yang terlempar ini dapat diukur jumlahnya, diperkeras (amplifikasi), lalu dibaca sebagai sinyal. Namun, seringkali yang kita lihat bukan hanya sinyal dari cahaya objek, melainkan juga noise/derau. Kenampakannya bermacam-macam, ada yang seperti butir-butiran pasir (grain) pada citra, ada yang membuat sebuah titik terang artifisial, atau malah sebaliknya, yakni membuat gelap sebuah titik pada kamera.

 

Cara Kerja Kamera CCD

Charge-coupled device (CCD) adalah sebuah inovasi dalam teknologi pemotretan astronomi. Dulunya, pemotretan langit dilakukan dengan media film. Astrofotografi telah ada sebelum fotografi umum menjadi trending. Kemudian, sebuah skema untuk mengubah cahaya menjadi sinyal listrik ditemukan oleh Willard S. Boyle dan George E. Smith (peneliti di Bell Laboratories) pada tahun 1979. Hal ini menjadi sebuah temuan fenomenal yang diganjar dengan hadiah Nobel dalam bidang Fisika pada tahun 2009.

Pada CCD, sinyal analog (berupa jumlah elektron tiap pixel) dibaca baris demi baris. Ini seperti anak-anak SD yang harus berbaris masuk ke kelasnya. Setelah baris terdekat dengan register (pencatat) dipindahkan, maka baris berikutnya dicatat, begitu seterusnya hingga baris terakhir. Dalam register, sinyal berupa jumlah elektron dibariskan untuk masuk satu persatu ke dalam penguat (amplifier), menjadi sebuah nilai tegangan listrik.

Sistem pengubahan sinyal analog menjadi digital dalam penguat disebut juga Unit Analog-Digital (UAD). Karena sinyal digital menggunakan satuan bit, maka semakin banyak bit, semakin akurat pula sinyal yang terbaca. Jumlah bit ini membatasi variasi sinyal yang diukur. UAD pada CCD pada umumnya menggunakan sistem 16 bit. Ini berarti, ada 65.536 (2^16) angka berbeda yang mewakilkan kuat sinyal di suatu pixel.

Ini seperti mengukur berat badan. Setiap timbangan memiliki batas beban maksimal. Begitu juga dengan CCD. Pada akhirnya, setiap pixel dibaca oleh penguat serta chip yang sama. Ini memastikan konsistensi pada pembacaan sinyal analog. Oleh karena itu, CCD sangat diandalkan selama berdekade-dekade oleh para astronom profesional. Para astronom profesional membutuhkan pengukuran yang akurat dan konsistensi pembacaan pada tiap pixel.

 

Cara Kerja Kamera CMOS

Complementary Metal-Oxide Semiconductors (CMOS) adalah inovasi yang lebih baru dan murah daripada CCD. Kini, CMOS dipakai di banyak bidang, termasuk pada kamera ponsel. Cara kerjanya juga lebih cepat. CMOS disebut juga “banyak sistem dalam satu chip”. Ia dinamai seperti itu karena setiap pixel adalah sebuah sumur tersendiri yang memiliki sistem pembacaan yang mandiri. Umumnya, tiap pixel memiliki UAD-nya masing-masing. Maka dari itu, dibandingkan dengan CCD yang pixelnya dibaca baris demi baris, CMOS dapat mengeluarkan citra lebih cepat daripada CCD.

Mayoritas kamera CMOS menggunakan UAD dengan sistem 12 bit. Ini berarti, pengukuran tegangan listrik dalam pixel tidak dapat seakurat yang dilakukan oleh CCD. Namun, CMOS menang dibandingkan CCD dalam hal derau pembacaan. Ini disebabkan oleh setiap pixel memiliki jalur VIP untuk menyalurkan elektronnya.

Walaupun memiliki beberapa kekurangan dibandingkan CCD, CMOS tetap menjadi teknologi yang banyak dipakai dalam urusan pemotretan. Salah satu penyebabnya ialah luasnya pasar konsumen, seperti kamera DSLR dan ponsel. Ini berarti banyak uang yang dapat membantu pengembangan teknologi CMOS, sehingga produksi sensor CMOS cenderung lebih murah daripada CCD dengan spesifikasi yang sama.

Pada akhirnya, berikut adalah tabel kelebihan dan kekurangan CCD dan CMOS.

 

CCD

(+) Kelebihan

(-) Kekurangan

Sedikit derau oleh sirkuit listrik Mahal
Ukuran pixel dapat dimodifikasi dengan metode binning Waktu pembacaan yang lama
Pengukuran antarpixel konsisten
UAD berkualitas tinggi

CMOS

(+) Kelebihan

(-) Kekurangan

Harga ekonomis Kilau amplifikasi
Waktu pembacaan yang cepat UAD 12 bit dapat mengurangi kualitas citra
Derau pembacaan yang rendah, jika menggunakan amplifikasi kuat Pengukuran antarpixel kurang konsisten
Tidak ada fitur binning pada chip

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *