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Bildverarbeitung: CCD versus CMOS

Fortsetzung des Artikels von Teil 3.

Herausforderung Licht

Einzelbildaufnahme von Bildszenen mit extremen Lichtgegensätzen Bildquelle: © Allied Vision Technologies

Die Einzelbildaufnahme von Bildszenen mit extremen Lichtgegensätzen erfordern Sensoren mit spezieller Belichtungssteuerung. Beim CMOS-Sensor CMV300 wird der Sättigungsgrad der Pixel ...

Zudem verzeichnete die CMOS-Technologie in den letzten Jahren deutliche Fortschritte in der Bild­qualität. Moderne CMOS-Sensoren mit Global Shutter stehen in unterschiedlichen Auflösungen und mit hohen Bild­wiederholraten zur Verfügung, zum Beispiel Sensoren mit mehr als 500 fps bei VGA-Auflösung. Durch eine Reduzierung des Dunkel- und Ortsrauschens sowie eine Erhöhung der ­Quanteneffizienz liefern die Sensoren gute Bildqualität auch bei niedrigen Lichtintensitäten.

Deutlich reduziert wurde außerdem die parasitäre Lichtempfindlichkeit des Speichers während des Auslesens – mit dem Ergebnis einer ver­besserten Global-Shutter-Effizienz mit Werten im Bereich von 10.000:1 oder ­besser. Somit eignen sich mo­derne CMOS-­Sensoren auch für Applika­tionen mit bewegten Objekten. Bei ­einer angenommenen Aus­lesezeit von 10 ms (bei 100 fps) würde die para­sitäre Lichtempfindlichkeit beispielsweise gerade mal 1 µs ­betragen, was für die meisten An­wendungsfälle mit bewegten Objekten unkritisch ist.

Sensor-Output bei hoher Lichteinstrahlung un dbei niedriger Lichteinstrahlung Bildquelle: © Allied Vision Technologies

... im HDR-Mode (High Dynamic Range Image) gezielt über 'Kniepunkte' gesteuert.

Beispielhaft ist Sonys CMOS Pixel Architektur Pregius. Ein vom Licht abgeschirmter Analogspeicher sorgt hier für einen perfekten Global Shutter. Eine zweifache CDS-Stufe sowie ­weitere technologische Optimierungen des Pixel-Designs minimieren das Ausleserauschen auf einstellige Werte. Möglich werden damit Aufnahmen mit kürzeren Belichtungszeiten und folglich geringeren Bewegungsunschärfen schnell bewegter Objekte.

Damit eignen sich moderne CMOS-Sensoren sowohl für industrielle Bildverarbeitungsanwendungen als auch für Outdoor-Applikationen mit hohen Lichtgegensätzen wie beispielsweise im Bereich Sicherheit und intelligente Transportsysteme.