DER Start der SONY PREGIUS™ Serie in 2013 MARKIERT einen Meilenstein in der Entwicklung von Bildsensoren.
Die hervorragende Leistung der CMOS-Sensoren, ihr durchschlagender Erfolg und ihr hohes Potenzial waren einige der Gründe für Sony’s Entscheidung seine CCD-Entwicklung und -Produktion abzukündigen, trotz der bis dato guten Technologie und der Marktführerschaft. Die Pregius Serie kombiniert die sehr hohe Bildqualität basierend auf der Exmor-Technologie mit einer sehr hohen Auslesegeschwindigkeit, Global Shutter und der rauscharmen EXview HAD II Technology aus den CCD-Designs.
Dank der Fortschritte in der Wafer-Produktion und im Pixel-Design übertreffen die CMOS-Bildsensoren schon längst die Geschwindigkeit und Bildqualität der CCD-Sensoren. Beispielsweise sind sie in der Lage, mit der Global Shutter-Technologie alle Pixel gleichzeitig auszulesen. Verzerrungen und Artefakte gehören damit der Vergangenheit an. Die CMOS-Sensortechnologie hat sich mit ihren beispiellosen Verbesserungen in Auflösung, Bildrate, Empfindlichkeit, Auslese-Rauschen, dem hohem Dynamikbereich und weiteren Einstellungen so weiterentwickelt, dass sie damit neue Anwendungen in der industriellen Bildverarbeitung erst ermöglicht.
Die verbesserten Features und Funktionalitäten der CMOS-Sensoren
Der entscheidende Schritt für die CMOS-Evolution lag in der Kombination der Bildaufnahme nach dem Global Shutter Prinzip und deutlich gesteigerter Geschwindigkeit sowie hervorragender Bildqualität. Mit der Entwicklung seiner 1ten Global Shutter Generation, dem IMX174, hat SONY erstmalig diesen Durchbruch geschafft.
CMOS Vorteile und Verbesserungen gegenüber CCD
- Sich schnell bewegende Objekte können durch die gleichzeitige Bildaufnahme mit Global Shutter ohne Artefakte und mit hoher Schärfe abgebildet werden.
- Basierend auf Ihrer Architektur und der parallelen Auslese aller Pixel ermöglichen CMOS-Sensoren sehr hohe Bildraten.
- Das stark verbesserte Verhältnis zwischen Sensorgröße und aktiver Pixelfläche (Full-Well-Kapazität), und die maximale Verwertung des einfallenden Lichts sorgen dafür, dass CMOS-Sensoren heute auch in lichtarmen Applikationen eine sehr gute Bildqualität erreichen.
- Bei extrem hohen Lichteinfall, z.B. im direkten Sonnenlicht oder bei Reflexionen, produzieren CMOS-Sensoren durch die direkte Pixel-Auslese keine Blooming- oder Smearing-Effekte.
- CMOS-Sensoren erreichen mit bis zu 1-2 e- ein hervorragend niedriges Dark Noise, also einen sehr niedrigen Dunkelstrom sowie eine hohe Pixelhomogenität.
- Technische Innovationen wie die rückseitige Belichtung des Sensors (Backside Illumination) und Mikrolinsen bewirken, dass CMOS-Sensoren höhere Empfindlichkeiten als CCD-Sensoren erreichen.
- Das Verhältnis zwischen Pixel-Sättigung und Empfindlichkeit ergibt den Dynamikbereich und auch in diesem Bereich übertreffen CMOS-Sensoren heute die CCD-Technologie mit Werten bis zu 80dB.
Die verschiedenen SONY® Pregius Senso-Generationen
Die SONY Pregius-Serie der Global Shutter CMOS-Sensoren hat sich über mehrere Produktgenerationen weiterentwickelt. Jede Generation weist eine ähnliche Architektur der Pixel- und Auslesemodi auf. Jede Generation brachte gegenüber den vorherigen individuellen Verbesserungen, aber auch unterschiedliche Verhältnisse zwischen Pixelgröße, Sättigungskapazität und Sensorgröße. Daher bestimmen die Anforderungen der spezifischen Anwendung, welche der Pregius-Generation sich am besten eignet.
Informieren Sie sich über die verschiedenen Sensor-Generationen und die optimale Auswahl für spezifische Anwendungen in unserer SONY Pregius Brochüre.
Die Neuerungen der 3. Generation haben erneut deutliche Verbesserungen bringen, die sich insbesondere auf die Bildqualität und Geschwindigkeit auswirken sollen. Vor allem Applikationen mit bewegten Objekten wie beispielsweise laufenden Produktionsstraßen, Robotikanwendungen und im ITS- und Automotive-Bereich werden mit einer Performancesteigerung durch eine verbesserte Detektionsqualität profitieren. Die erneute Anhebung der Pixelgröße auf 4,5 µm bringt eine deutliche Steigerung der Sättigung auf 25.000e- gegenüber der zweiten Generation. Im Zusammenspiel mit einem niedrigen Ausleserauschen von 2,5e- erreicht die maximale Dynamik mit 80 dB einen neuen Höchstwert im Vergleich zur ersten und zweiten Generation. Damit ist eine verbesserte Hell-Dunkel-Detektion auch bei schwierigen Lichtverhältnissen umsetzbar. Basierend auf den verschiedenen Qualitätsverbesserungen wäre die Übertragung der damit gesteigerten Bilddaten mit nochmals erhöhter Geschwindigkeit mit bisherigen Standard-Interfaces nicht mehr abbildbar. SONY hat daher den SLVS-EC Standard mit 8 Kanälen entwickelt, der die maximale Output-Geschwindigkeit im Vergleich zur 2. Generation verdoppelt.
Höhere CMOS Bildqualität und Geschwindigkeit treibt technischen Fortschritt
Gut abgestimmte Komponenten sind eine Grundvoraussetzung für den Erfolg von Embedded Vision in der industriellen Digitalisierung. Mit der steigenden Leistung von Prozessoren und Sensoren und einer günstigen Verfügbarkeit hat die Bildverarbeitung heute weitaus mehr Kapazität um Bilder besser zu analysieren und zu interpretieren. In der Industrie 4.0 unterstützt künstliche Intelligenz mit Deep Learning-Ansätzen die vollständige Automatisierung sowie autonome, durch Roboter gesteuerte Produktionsstraßen. Im Consumer-Bereich lernen autonome Autos das Sehen und Virtual Reality Brillen entführen in neue Welten. CMOS-Sensoren leisten zu dieser Entwicklung einen entscheidenden Beitrag.
Lesen Sie den vollständigen Artikel über die Entwicklung von CCD zu CMOS und wie CMOS die industrielle Bildverarbeitung verbessert.
Im Zusammenspiel mit der allgemeinen Miniaturisierung von Sensoren und elektronischen Bauteilen ist die CMOS-Technologie zum Treiber der Bildverarbeitung avanciert. Neue industrielle Anwendungsfelder und die Integration der Bildverarbeitung in Robotik und Automatisierung, die Smart Factory und die digitalisierten Prozesse der Industrie 4.0.Entwickler und Anwender dürfen gespannt sein, mit welche technischen Innovationen die Hersteller die nächste Evolutionsstufe einläuten.
