Тенденции: КМОП-сенсоры как технология будущего для промышленных камер

На рынке предлагается два типа светочувствительных сенсоров для промышленных камер: с технологией ПЗС и технологией КМОП. Подходящий тип сенсора для системы машинного зрения определяется в каждом конкретном случае. В то же время в последние годы наблюдается отчетливая тенденция в пользу выбора сенсоров с технологией КМОП. Это неудивительно: КМОП-сенсоры были значительно усовершенствованы по двум характеристикам, важным для матричных и линейных камер, а именно кадровой частоте и уровню шума. С начала 2015 г. официально принято считать, что КМОП-сенсоры являются технологией будущего. Компания Sony, крупнейший в мире производитель компонентов с технологией ПЗC, планирует прекратить выпуск ПЗC-сенсоров к 2025 г. и направит все свои усилия на совершенствование технологии КМОП.

Какие именно функции выполняет сенсор?

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). Эти сенсоры различаются главным образом конструкцией. Разработчики Basler самостоятельно принимают решение о том, сенсор какого типа оптимально установить в камеру, предназначенную для тех или иных целей.

Современные КМОП-сенсоры: преимущества по сравнению с ПЗС-сенсорами

Технология КМОП за последние годы претерпела значительные изменения, и сенсоры с этой технологией сегодня во многом превосходят по характеристикам сенсоры на основе ПЗC. Высокая скорость съемки (частота кадров) и разрешение (количество пикселей), низкое энергопотребление и другие недавно оптимизированные характеристики, среди которых коэффициент шума, квантовая эффективность и точность цветопередачи, теперь позволяют использовать КМОП-сенсоры в областях, в которых ранее доминировали ПЗC-сенсоры.

Благодаря усовершенствованию технологии КМОП и выгодному соотношению цены и качества привлекательность сенсоров с этой технологией продолжает расти, и они все чаще устанавливаются в промышленные системы машинного зрения. В частности, отличительная особенность КМОП-сенсоров нового поколения — возможность съемки с очень высокой частотой кадров и при этом без ущерба для качества изображения.

Стремительное развитие технологии КМОП в последние годы также предвещает дальнейший прогресс на будущее.

Высокая скорость съемки
Высокое разрешение (количество пикселей)
Более высокие динамические характеристики
Низкое энергопотребление
Оптимизированные шумовые характеристики
Повышенная квантовая эффективность
Улучшенная точность цветопередачи
Выгодное соотношение цены и технических характеристик

Учитывая важнейшие характеристики современной технологии КМОП, она несомненно займет лидирующую позицию на рынке.

ПЗC и КМОП: новейшие тенденции. Узнайте мнение Хеннинга Тиаркса (Henning Tiarks), директора по маркетингу в компании Basler, о нынешнем состоянии рынка.

Интерфейс USB 3.0 будет применяться в комбинации с новой технологией КМОП. Означает ли это, что технология ПЗC уйдет на второй план?

Нет, технология ПЗС все еще будет актуальна, в особенности для тех пользователей, которые просто хотят перейти на новый интерфейс. В таких случаях решение оставить существующий сенсор позволит изначально сократить усилия и затраты, связанные с заменой интерфейса. За счет сохранения ПЗС-сенсора можно обеспечить быстрый и надежный переход на новый интерфейс.

Какие проблемы могут быть связаны с переходом на технологию КМОП?

Перед производителями камер встанет ряд весьма непростых технических задач. Новые сенсоры должны быть интегрированы в фактически уже стандартный сегодня корпус 29 x 29 мм. В то же время для сенсоров могут потребоваться дополнительные электронные компоненты и другое оборудование, которое также необходимо будет поместить в корпус. После решения этой проблемы клиенты действительно смогут извлечь максимальную выгоду из приобретения камер с новыми сенсорами, которые во многих случаях заменят существующие камеры аналогичного размера. Вторая задача связана исключительно с производительностью. Получив, наконец, мощный сенсор со столь малым форм-фактором, несомненно захочется в полной мере воспользоваться преимуществами его высокой производительности. Это означает, что, помимо Gigabit Ethernet, незаменимым станет и интерфейс USB 3.0. Интегрировать как один, так и другой интерфейс в такую небольшую по размерам камеру — непростая задача.

Что принесет будущее для современных камер?

Для современных камер и связанных технологий будущее выглядит весьма многообещающим! Наибольший интерес вызывает неуклонный рост числа новых КМОП-сенсоров на рынке камер. Эти сенсоры демонстрируют впечатляющие характеристики с точки зрения качества изображения и частоты кадров, и их, по сути, можно выделить в новую категорию по соотношению цены и приобретаемых преимуществ. Компания Sony, крупнейший на настоящий момент производитель приборов с технологией ПЗC, объявила о планах свернуть производство ПЗC-сенсоров к 2025 г. и направить все свои силы на развитие технологии КМОП.

Давайте поговорим о разрешении камер. Ожидаются ли крупные технологические прорывы?

Впервые в истории технология КМОП охватит весь спектр стандартного разрешения от VGA до 5 мегапикселей и выше. КМОП-сенсоры будут применяться для решения любых существующих и новых задач в сфере машинного зрения, а также в областях, не связанных с промышленностью, например в медицине или в интеллектуальных транспортных системах. Помимо этого, становится очевидно, что новые КМОП-сенсоры в комбинации с интерфейсом USB 3.0 будут способствовать быстрому росту популярности технологии USB 3.0, ведь это идеальная пара с точки зрения производительности.

Звучит многообещающе. А что насчет качества изображения?

Несомненно, качество изображения всегда играет решающую роль. Самая сложная задача для производителей будет заключаться в оптимизации качества изображения, получаемого с помощью новых КМОП-сенсоров, в соответствии с ожиданиями рынка. Для этого потребуется глубокое знание технологии КМОП. Решите эту задачу — и вы получите идеальную небольшую камеру, отличающуюся высоким быстродействием и превосходным качеством изображения, но главное — еще более выгодным соотношением цены и производительности, а ведь именно к этому всегда стремится Basler.

Средство выбора камеры

Средство выбора камеры Basler предоставляет обзор всех матричных и линейных камер Basler. С помощью этого инструмента можно на основе ряда критериев, таких как технология сенсора, разрешение и оптический размер, подобрать камеру, соответствующую конкретным требованиям.

Средство выбора камеры

Для получения дополнительной информации по этой теме см. технический документ Basler «ПЗC и КМОП: небольшие различия при преобразовании света в электрический сигнал».