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Bildverarbeitung: CCD versus CMOS

CMOS-Sensoren lösen vielerorts CCD-Sensoren ab. Das heißt aber nicht, dass CCD-Sensoren ausgedient haben – beide Techno­logien haben spezifische Vor- und Nachteile. Welcher Sensor eignet sich für welche Einsatz-Szenarien?

Sensor Bildquelle: © Allied Vision Technologies

Als die Firma Sony die Abkün­digung ihrer CCD-Sensoren für 2026 bekannt gab, sorgte diese In­formation für viele Fragen. Schließlich haben Anwender im Bereich der industriellen Bildverarbeitung über viele Jahre CCD-Sensoren zu schätzen gewusst – vor allem wegen ihrer hohen Bildqualität sowie der ­guten Global-Shutter-Funktionalität. Dass Sony als einer der führenden ­Sensorhersteller sich auf CMOS-­Sensortechnologie fokussiert, könnte darauf hinweisen, dass diese Techno­logie nunmehr so weit entwickelt ist, dass sich die Mehrzahl der Applikationen mit CMOS-Sensoren be­dienen lässt. Doch lassen sich CCD-Sensoren künftig generell und ohne Einschränkungen durch CMOS-Sen­soren ersetzen?

Silizium-Quantendetektoren

CCD- und CMOS-Sensoren gehören zu den Quantendetektoren. Beide Technologien basieren auf dem Halbleitermaterial Silizium und sind damit im gleichen Spektralbereich von circa 300 bis 1000 nm empfindlich. Sie unterscheiden sich vor allem in der Stelle, an der auf dem Halbleiterelement die Ladung in Spannung umgewandelt wird: Auf einem CCD-Sensor findet zunächst ein vertikaler und horizontaler Ladungstransport statt. Die serielle Ladungs-/Spannungs-Wandlung aller Pixel erfolgt außerhalb des Sensors in der Kamera-Elektronik. Alle Pixelladungen werden über einen Ausgang außerhalb des Sensors in eine analoge Spannung konvertiert.

Bei CMOS-Sensoren hingegen erfolgt die Ladungs-/Spannungs-Wandlung in jedem Pixel des Sensors. Entsprechend der aktivierten Zeile wird das Signal über die Ausleseschaltung verstärkt, rauschminimiert sowie digitalisiert und schließlich über eine konfigurierbare Anzahl von LVDS-Leitungen (Low Voltage Differential Signaling) parallel übertragen. Daraus resultieren gravierende Unterschiede bei Bildqualität, Auflösung und Bildwiederholrate.