Industrielle Bildverarbeitung CCD oder CMOS?

Am 17. April gab Sony die finale End-of-Life-Produktliste für seine CCD-Chips heraus. Sämtliche Chips werden bis 2026 vollständig aus dem Sortiment genommen. Ein Abgesang auf die Technologie ist aber fehl am Platz, wie Michael DeLuca im folgenden Artikel darlegt.

Im Bezug auf die Homogenität, den Dynamikbereich und das Grundrauschen boten CCD-Bildsensoren in der Vergangenheit eine bessere Bildqualität als CMOS-Sensoren. Diese Defizite wurden in letzter Zeit verringert, sodass die Bildqualität von CMOS-Bildsensoren heute für die meisten Anwendungen mehr als ausreichend ist. Dies zeigt sich bei den neuesten CMOS-Bildsensoren für die industrielle Bildverarbeitung, z.B. ON Semiconductors Python-Serie. Einige Bildparameter der besten CCDs übertreffen zwar immer noch jene dieser Serie, allerdings reicht die Bildqualität der Python-Bildsensoren für In-Line-Inspektionssysteme, die Verkehrsüberwachung/Mauterhebung und die Bewegungsanalyse vollkommen aus. Damit ist die nötige Basis gelegt, um von den speziellen Vorteilen der CMOS-Technik zu profitieren, z.B. den schnelleren Bildraten, der geringeren Stromaufnahme oder der ROI-Bildgebung (Region of Interest, siehe Begriffserklärung). Diese Punkte sind allesamt entscheidend für einen höheren Datendurchsatz in den genannten Anwendungen.


Vorteile der CCDs
Mit diesen Vorteilen wurde bereits der Niedergang der CCD-Bildsensoren prophezeit, da sich die CMOS-Technik ständig weiterentwickeln und die Leistungsfähigkeit von CCDs letztendlich übertreffen werde. Aber auch die CCD-Technik wird sich weiterentwickeln. Die zugrunde liegende Architektur und die spezifische Leistungsfähigkeit der CCDs machen sie für bestimmte Einsatzbereiche weiterhin interessant, z.B. für industrielle End-of-Line-Inspektionssysteme, die höchste Bildverarbeitungsleistung erfordern.

Während sich die Bildhomogenität mit fortschreitender CMOS-Technik weiter verbessert, bieten CCD-Bildsensoren immer noch die höchste Leistungsfähigkeit. Dies ist eine direkte Folge ihres technischen Aufbaus: Im Gegensatz zu einem CMOS-Bildsensor, der Tausende unabhängig voneinander arbeitender Verstärker (einen für jede Spalte oder sogar einen für jedes Pixel) haben kann, können CCDs die Ladung von Pixeln an einen einzigen Verstärker leiten und vermeiden somit jede Verstärker-zu-Verstärker-Abweichung beim Auslesen des Sensors.

Eine hohe Bildhomogenität kann sehr wichtig für Anwendungen in der medizinischen und wissenschaftlichen Bildgebung sein oder auch für End-of-Line-Inspektionssysteme, wo die quantitative Natur dieser Anwendungen klare, unbearbeitete Bilder erfordert (ohne jegliche Nachbearbeitung wie z.B. Rauschunterdrückung). Hinzu kommt, dass die Einhaltung der Bildhomogenität beim Skalieren auf höhere Auflösungen und große optische Formate mit CCDs einfacher ist als mit CMOS-Sensoren.