26. März 2015

              Welche Vorteile haben CMOS-Sensoren gegenüber CCD-Sensoren?

              Welche Vorteile haben CMOS-Sensoren gegenüber CCD-Sensoren?
              Die CMOS-Technologie hat den Rückstand gegenüber den CCD-Sensoren längst aufgeholt und spielt seine Stärken aus. Die CMOS-Sensoren punkten heute mit einer außergewöhnlich hohen Bildrate, einer guten Bildqualität und sehr hoher Empfindlichkeit.
              Die CMOS-Technologie hebt sich außerdem gegenüber der CCD-Technik hinsichtlich Lichtstärke, Energieverbrauch, Geschwindigkeit und Preis deutlich ab. Für Ihre Anwendung bedeutet dies, dass beispielsweise der Durchsatz an inspizierten Teilen deutlich steigt, die Kosten für Kamera und Anlage rapide sinken und Sie dabei keine Abstriche in der Bildqualität machen müssen.

              CMOS vs. CCD - die technischen Fakten im Detail

              • In der Vergangenheit waren CMOS-Sensoren deutlich weniger effizient in der Umwandlung des einfallenden Lichts. Das hat sich inzwischen geändert. Weiterentwicklungen wie z.B. Mikrolinsenarrays, die auf den Chip aufgebracht werden, sorgen dafür, dass CMOS-Sensoren heutzutage gleiche  oder sogar höhere  Empfindlichkeiten wie CCD-Sensoren erreichen.
              • CMOS-Sensoren ermöglichen aufgrund Ihrer Architektur eine deutlich höhere Framerate. Kombiniert mit einer gesteigerten Empfindlichkeit und neuester Global Shutter Technologie von CMOSIS, Sony und ON Semiconductor führt diese zu einer sehr schnellen Folge an aufzunehmenden Bildern. Dies resultiert in einer Performancesteigerung, so können z.B. mehr Teile pro Sekunde inspiziert oder Verkehrsverstöße besser erkannt werden. CMOS Sensoren haben oftmals eine höhere Full-Well-Kapazität (bzw. Sättigungskapazität). Die Full-Well-Kapazität ist die maximale Anzahl an Elektronen pro Pixel. Das Verhältnis der Full-Well-Kapazität zur Empfindlichkeitsschwelle ist der Dynamikbereich, den der Sensor abdecken kann. Bezüglich der Dynamik gilt daher, dass der CMOS-Sensor das, was er auf der Seite der Empfindlichkeitsschwelle gegenüber dem CCD-Sensor verliert, bei der Sättigungskapazität wieder wettmacht. So liegen CMOS und CCD nahezu gleichauf, was die Dynamik angeht. Der Sony IMX174 Sensor ist ein gutes Beispiel für einen CMOS-Sensor, der im Dynamikumfang sogar allen vergleichbaren CCD-Sensoren überlegen ist.
              • Vor einigen Jahren konnte man sagen, dass CCD-Sensoren vor allem für Applikationen mit wenig Licht geeignet sind und CMOS-Sensoren bei viel Licht jedoch eher die Nase vorne haben. Mittlerweile hat sich die Bildqualität der CMOS-Sensoren so deutlich verbessert, dass sie auch in Umgebungen mit wenig Licht eingesetzt werden können.
              • Einen klaren Vorteil hat die CMOS-Technologie bei viel Licht. Wird ein CCD-Pixel überstrahlt, „schwappen“ die überzählig generierten Elektronen in die Nachbarpixel. Sehr helle Bildstrukturen scheinen dann in dunklere hinüber zu wuchern oder zu blühen. Entsprechend wird dieser Effekt „Blooming“ genannt. Werden bei sehr hellem Licht nach der Belichtung die Ladungen im CCD-Sensor transportiert, können im Bild des CCD-Sensors helle Streifen auftreten. Weiße Bereiche erscheinen dann zu Strichen verschmiert im Bild. Das sieht man zum Beispiel, wenn nachts ein Auto mit Scheinwerfern auf die Kamera zufährt. Dieser Effekt heißt „Smearing“. Beide Effekte treten bei CMOS-Sensoren nicht auf.
              Im März 2015 hat Sony bekanntgegeben seine komplette Serie an CCD- Sensoren abzukündigen. Damit wurde im Markt das Ende für Neuentwicklungen auf CCD-basierter Technologie eingeläutet. Alle zukünftigen Sensoren werden auf CMOS beruhen. Alles in allem stehen die CMOS-Sensoren der CCD-Technologie in nichts nach. Sie verfügen über eine hohe Geschwindigkeit, sind hochauflösend und weisen verbesserte Rauscheigenschaften auf.

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