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CMOS-Sensor

Obwohl CMOS-Sensoren seit fast ebenso langer Zeit auf dem Markt erhältlich sind wie CCDs, hat die Leistungsfähigkeit erst vor kurzem ein Niveau erreicht, das sie für den Einsatz in professionellen Bildverarbeitungsanwendungen prädestiniert.

Hinsichtlich der Performance haben CMOS-Sensoren inzwischen die CCD-Sensoren nicht nur eingeholt, sondern überholt. Dies spiegelt sich auch in der Entscheidung von Sony wider, signifikante Investitionen in CMOS-Produktionsstätten zu planen und die CCD-Fabrik zu schließen.

Der grundlegende Unterschied zwischen CMOS- und CCD-Sensoren ist die Umwandlung von Ladung in Spannung innerhalb des Pixels. Jedes Pixel kann beim CMOS-Sensor reihen- oder zeilenweise angesprochen werden, die Spannungen werden parallel und nicht sequentiell wie beim CCD-Sensor ausgelesen. Dies ermöglicht dem Anwender z. B. durch die Definition eines Teilbereichs des Sensors, einer sogenannten »Region of Interest« (ROI), die Bildrate signifikant zu erhöhen. Viele einfache CMOS-Sensoren enthalten drei Transistoren (3T) pro Pixel. Zur Verbesserung der Funktionalität, z. B. Rauschunterdrückung und Global Shutter, können weitere Transistoren (4T, 5T und 8T) hinzugefügt werden. Dies geht jedoch zu Lasten des Füllfaktors und damit der Empfindlichkeit, da die zusätzlichen Transistoren die lichtempfindliche Fläche des Pixels verringern. Da jedes Pixel über eigene Verstärker verfügt, die aufgrund von Fertigungstoleranzen nicht einheitlich sind, ist das als »Fixed Pattern Noise« bezeichnete Inhomogenitätsmuster deutlich stärker als bei CCD-Sensoren. Diese Inhomogenität lässt sich durch eine Flat-Line- oder Flat-Field-Korrektur jedoch sehr effektiv ausgleichen.

CMOS-Sensoren lassen sich in zwei Unterkategorien aufteilen: Sensoren mit A/D-Wandlung »On-Chip« und solche ohne A/D-Wandlung »Off-Chip«. CMOS-Sensoren können zwar grundsätzlich günstiger und mit höherem Integrationsgrad hergestellt werden als CCD-Sensoren, sind aber nicht immer billiger als CCDs. Eine Ausnahme sind hier die CMOS-Sensoren, die in sehr großen Stückzahlen hauptsächlich im Massenmarkt für Enduser-Kameras und Mobiltelefone verwendet werden und auch in industriellen Kameras Verwendung finden.