ПЗC и КМОП
Какая технология лучше подходит для промышленных камер?
Современные КМОП-сенсоры: преимущества по сравнению с ПЗС-сенсорами
В марте 2015 года корпорация Sony объявила о прекращении производства всех выпускаемых ею ПЗC-сенсоров. Это ознаменовало конец технологии ПЗС и переход на КМОП-сенсоры, которые на тот момент уступали сенсорам с технологией ПЗС лишь по нескольким параметрам. За последние несколько лет были устранены даже эти несколько недостатков, и теперь пользователям доступны многочисленные преимущества технологии КМОП.
Конечно, сравнивать ПЗC- и КМОП-сенсоры не совсем корректно, так как в настоящее время технология КМОП по развитию более чем на восемь лет впереди. Во времена, когда технологии конкурировали между собой, решение о выборе ПЗC или КМОП принималось в зависимости от задачи. Сегодня вопрос о сравнении ПЗС и КМОП уже не стоит, поскольку разработки ПЗС-сенсоров прекращены. Благодаря высокой скорости и разрешению, низкому энергопотреблению, а также улучшенным шумовым характеристикам, квантовой эффективности и точности цветопередачи КМОП-сенсоры нашли свое применение в областях, где раньше доминировали ПЗС-сенсоры.
С нашим инструментом Помощник по переходу на КМОП вы сможете без проблем перейти на новую технологию: он подскажет, какой КМОП-сенсор лучше всего подойдет на замену снятому с производства ПЗC-сенсору.
Сравнение технологий ПЗC и КМОП: подробные технические факты
Благодаря усовершенствованию технологии КМОП и выгодному соотношению цены и технических характеристик привлекательность сенсоров с этой технологией продолжает расти, и они все чаще устанавливаются в промышленные системы машинного зрения. В частности, отличительной особенностью КМОП-сенсоров нового поколения является возможность съемки с очень высокой частотой кадров и при этом без ущерба для качества изображения.
Функции светочувствительного сенсора
И сенсоры с технологией ПЗC (прибор с зарядовой связью), и сенсоры с технологией КМОП (комплементарная структура «металл — оксид — полупроводник») прежде всего отвечают за преобразование световых лучей (фотонов) в электрические сигналы (электроны). Основное различие между этими двумя технологиями сенсоров заключается в их технической конструкции. В ПЗС-сенсоре заряд передается последовательно по пикселям. В КМОП-сенсоре, напротив, заряд считывается напрямую с каждого пикселя.
Повышенная эффективность
В прошлом КМОП-сенсоры были значительно менее эффективными в преобразовании падающего света. Теперь ситуация изменилась. Благодаря различным усовершенствованиям, таким как массивы микролинз, которые наносятся непосредственно на микросхему, КМОП-сенсорам получили чувствительность, аналогичную или даже превосходящую чувствительность ПЗС-сенсоров.
Высокая частота кадров
При использовании ПЗС-сенсоров скорость считывания пикселей ограничена, поскольку пиксели считываются каскадом по строкам или по столбцам. КМОП-сенсоры, напротив, предлагают значительно более высокую частоту кадров благодаря своей архитектуре. Каждый пиксель считывается отдельно, без необходимости передачи заряда, как в случае с ПЗС-сенсорами. Это означает, что информация кадра считывается гораздо быстрее. В результате повышается производительность, а значит, например, можно увеличить количество деталей, которые проходят контроль качества за одну секунду, или точнее выявлять нарушения правил дорожного движения.
Широкий динамический диапазон
Динамический диапазон камеры выражается соотношением между самым сильным и самым слабым сигналом, которые отличимы от шума на изображении, то есть представляет собой отношение емкости насыщения к пороговой чувствительности. У КМОП-сенсоров, как правило, более высокая емкость насыщения (максимальное количество электронов на пиксель выше), однако чувствительность ниже. Это означает, что динамический диапазон КМОП-сенсоров в целом соответствует динамическому диапазону ПЗС-сенсоров. При этом новейшие КМОП-сенсоры, такие как Sony IMX174, превосходят по показателю динамического диапазона все аналогичные модели ПЗС-сенсоров.
Отсутствие артефактов «ореол» и «смазывание».
Технология КМОП предлагает явное преимущество, если съемка ведется при ярком свете. В случае чрезмерной экспозиции пикселя ПЗС-сенсора наблюдается «перетекание» избыточных непоглощенных электронов в соседние пиксели. В результате кажется, что более светлые участки изображения расплываются: на более темные участки распространяется так называемый «ореол». Если же на ПЗC-сенсор попадает слишком яркий свет, то при переносе заряда на полученном изображении могут проявиться светлые полосы: из светлых участков как бы вытягиваются линии. В качестве примера можно привести изображение автомобиля, движущегося на камеру ночью с включенными фарами. Подобный эффект называется «смазыванием». Технология КМОП предлагает в таких случаях значительное преимущество: эти артефакты при использовании КМОП-сенсоров не возникают.
Отсутствие артефактов благодаря глобальному затвору
Сегодня новейшие КМОП-камеры оснащены глобальным затвором, как, например, наши модели ace 2 с сенсорами Pregius S от Sony или PYTHON от onsemi. При использовании этих камер не возникают артефакты, которые встречаются на изображениях, снятых камерами со скользящим затвором. И все же не стоит категорически отказываться от КМОП-камер со скользящим затвором, поскольку она лучше подходит для определенных задач по сравнению с камерами с глобальным затвором.
Камеры с современной КМОП-технологией как замена ПЗС-камерам
С подробной информацией о переходе на КМОП-сенсоры можно ознакомиться в нашем бесплатном техническом документе.
Вопросы, ответы на которые вы найдете в техническом документе
Когда стоит задуматься о смене технологии камеры?
Как выбрать подходящую камеру на замену?
На что следует обратить внимание при интеграции в систему современных КМОП-камер?
Какие усилия по интеграции потребуются?
