Die Zukunft gehört CMOS Bildsensoren

Die Abkündigung von Sonys kompletter CCD Bildsensor Linie war ein Paukenschlag in der Bildverarbeitungsbranche. Wer bis zu diesem Zeitpunkt noch an die Qualität und die Führungsrolle von CCD geglaubt hat, wurde schlagartig eines Besseren belehrt. Gehört deshalb CMOS die Zukunft? Ja. CMOS hat über Jahre der Entwicklung gegenüber CCD aufgeholt, und sie nun -in Einzelfällen- bereits überrundet.

Optronis hat die Entwicklung von CCD und CMOS im High-End Bereich begleitet, war in der Hochgeschwindigkeits-Aufnahmetechnik die Integration von CCD Bildsensoren doch nur ein kurzes Intermezzo. CCD Sensoren mit mehr als zwei Auslesebereichen waren hier notwendig, um die hohe Auslesegeschwindigkeit bzw. die hohe Framerate zu erhalten. Mit allen Konsequenzen bei der Anpassung der einzelnen Auslesebereiche und der Bereitstellung schneller Steuersignale, die zu erheblichen Problemen bei der Bilddarstellung im Übergangsbereich zwischen den einzelne Auslesezonen bis hin zu Geisterbildern (Ghost Images) geführt haben. Ganz abgesehen dann noch von CCD inhärenten Effekten wie Blooming und Smear. Eine über die Bilddarstellung hinausgehende Bildverarbeitung im Hochgeschwindigkeitsbereich war deshalb ein eher hoffnungsloses Unterfangen. Deshalb war CMOS im High-End Bereich eine willkommene Technologie, waren die Bildergebnisse schon im ersten Technologieschritt akzeptabel und der CCD Technologie ebenbürtig.

Gerade weil ein CMOS Sensor typisch eine höhere Integrationsdichte aufweist – der AD Wandler und die Steuerlogik befinden sich mit auf dem Chip – sind die Bildresultate aufmerksam zu bewerten. Behandelt man jeden einzelnen Bildpunkt des Bildsensors als physikalischen Messkanal für konstant einfallendes Licht (Zeit in Amplitude Konverter), so gibt es zwischen CCD und CMOS prinzipielle Unterschiede in Linearität, Füllfaktor, Quanteneffizienz, Dunkelsignal, Verstärkung, Fixed Pattern Rauschen (FPN), statistischem Rauschen, Shutter, AD Umwandlung (Amplitude in Digitales Signal Konverter), Correlated Double Sampling (CDS) usw. CMOS Sensoren haben hier meist eine höhere Vielfalt an Effekten, die zur schlechteren Bewertung der Bildqualität führen, meist angeführt vom schlechteren FPN. Berücksichtigt man das physikalische Verhalten der CMOS Technologie, sind aber heute wesentlich kompaktere, leistungsfähigere und kostengünstigere Kamerasysteme zu fertigen.

Vor allem im Bereich Machine Vision, in dem hohe Datenmengen, exakte und genaue Bildwiedergaben, wichtig sind, hat Optronis von Anfang an auf CMOS gesetzt. Damit sind die Kamera-Systeme optimal auf zukünftige Technologien und Anforderungen ausgelegt. So kommt das Know-how, das Optronis in den letzten Jahren hinsichtlich CMOS-Sensoren wie auch deren Zusammenspiel mit kamerabezogener Hard- und Software aufgebaut hat, den Kunden durch ausgereifte Produkte in vollem Umfang zugute.


7. September 2015