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Bildverarbeitung: CCD versus CMOS

Fortsetzung des Artikels von Teil 2.

Objekte in Bewegung

Für Applikationen mit bewegten Ob­jekten ist eine Global-Shutter-Funktion der Sensoren notwendig. Diese erfordert im CMOS-Sensor einen Speicherbereich am Pixel, der möglichst gut vom Licht abgeschirmt ist. In der Praxis ist dies vor allem bei älteren CMOS-Designs nicht gegeben – der Bereich ist mehr oder weniger lichtempfindlich und zeigt eine parasitäre Lichtempfindlichkeit während des Auslesens der Pixeldaten. Insbesondere bei kurzen Belichtungszeiten im Mikrosekundenbereich wird das als vertikaler Grauwertverlauf deutlich sichtbar.

Aufnahme mit CCD-Sensoren Bildquelle: © Allied Vision Technologies

Die Artefakte Blooming und Smearing bei Aufnahmen mit CCD-Sen­soren

Das parallele Auslesen der Bildinformationen aus einem CMOS-Sensor ­bietet aber den Vorteil höherer Bildwiederholraten bei vergleichbaren Auflösungen, je nach Anzahl der LVDS-Leitungen. Des Weiteren ist es möglich, durch direkte Adressierung einzelner Pixel über ein oder mehrere Bildbereiche (Region Of Interest) ein schnelleres und flexibles Auslesen zu erreichen. Da im CMOS-Sensor die Ladungen nicht vertikal und horizontal geschoben werden müssen, sondern direkt am Pixel in eine Spannung gewandelt werden, treten die Artefakte Blooming und Smearing nicht auf. CMOS-Sensoren können somit mit hohen Lichtintensitäten umgehen. Mittels High-Dynamic-Range-Mode innerhalb einer Bildaufnahme ist die Visualisierung kontrastreicher, extrem heller Objekte und auch dunklerer Bildbereiche möglich, so dass Aufnahmen mit hohem Dynamikumfang entstehen.

Aufnahmen mit CMOS-Sensor Bildquelle: © Allied Vision Technologies

Aufnahmen mit CMOS-Sensor sind ohne diese Artefakte

Ein weiteres Plus der CMOS-Sensortechnologie liegt in der Integration der Ansteuerschaltung (Taktgenerierung, Verstärker, A/D-Wandler) auf dem Sensor-Chip. Der Aufbau einer Kamera ist damit kostengünstiger und hat eine geringere Leistungsaufnahme im Verhältnis zu CCDs.

Geht es also um IBV-Anwendungen, bei denen hohe Bildwiederholraten in Verbindung mit hoher Auflösung gefordert sind, sind CMOS-Sensoren erste Wahl. Beispielhaft sei eine Applikation der Lasertriangulation für 3D-Messungen genannt, bei der eine Kamera mit einem Highspeed-CMOS-Sensor mit einer Auflösung von 2320 x 128 Pixel 5200 Profile pro Sekunde scannt. Für diese Art der Anwendung ist neben einer hohen Bildwiederholrate entscheidend, dass CMOS-Sensoren gut mit hohen Lichtintensitäten umgehen können, gerade bei Materialien mit reflektierenden Oberflächen.