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Industrielle Bildverarbeitung

CCD oder CMOS?

11. November 2015, 17:10 Uhr | Michael DeLuca

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Fortsetzung des Artikels von Teil 1

Was CMOS nicht kann

Der analoge Aufbau eines CCD-Designs erlaubt auch die Anpassung einer CCD-Kamera an eine bestimmte Anwendung. Damit lassen sich bestimmte Bildverarbeitungsfunktionen für die Endanwendung optimieren. Für eine Anwendung wie die Astrofotografie kann ein Kamerahersteller z.B. die Full-Well-Kapazität optimieren (größerer Dynamikbereich), und zwar auf Kosten des Anti-Blooming-Schutzes (der in dieser Anwendung von untergeordneter Bedeutung ist). Andere wissenschaftliche Bildgebungsanwendungen profitieren auch durch den sehr niedrigen Dunkelstrom der CCDs, wenn Belichtungszeiten bis zu einer Stunde zur Erkennung schwacher Signale erforderlich sind.

Was CMOS nicht kann

Aufgrund der Vorteile dieses technischen Aufbaus wird ON Semiconductor auch weiterhin in die CCD-Technik und in entsprechende Sensoren investieren. Ein Beispiel ist die jüngste Ankündigung einer neuen CCD-Technik, die die Bildqualität von Interline Transfer CCDs mit der extrem hohen Lichtempfindlichkeit von EMCCD-Ausgängen (Electron Multiplication CCD, s. Begriffserklärung) kombiniert.

Auf dieser Basis sind Kameras möglich, die Bilder erfassen können, bei denen ein Teil der Szene schwach ausgeleuchtet (bis zu Mond- oder Sternenlicht) und der andere Bildteil sehr hell ausgeleuchtet ist. Eine solche Szenerie, aufgenommen mit drei verschiedenen Bildsensoren, zeigen die Bilder 1–3.

Die Fähigkeit, dass eine Kamera Bilder bei einer Helligkeit von Tages- bis Sternenlicht aufnehmen kann, ist einzigartig für die CCD-Technik, da es die Ladungsmultiplikation des EMCCD-Ausgangs verwendet. Diese Funktion ist mit CMOS-Bausteinen in diesem Spannungsbereich nicht möglich. Der erste Baustein mit dieser Technik bietet 1080 Zeilen (1080p) Auflösung und arbeitet mit einer Bildrate von bis zu 30 Hz. Er eignet sich für Anwendungen bei sehr schlechten Lichtverhältnissen, z.B. bei der Überwachung, in der wissenschaftlichen und in der medizinischen Bildgebung.

Kein eindeutiger Gewinner
Es ist zwar verlockend, einen Gewinner beim Vergleich CCD contra CMOS auszumachen – damit würde man sich allerdings einen Bärendienst erweisen. Jede der beiden Techniken ist einzigartig und bietet bestimmte Vorteile für die jeweilige Endanwendung. Geräte auf Basis der CMOS-Technik finden sich zwar immer häufiger, es gibt aber weiterhin Bereiche, in denen CCDs ihre Vorteile ausspielen können und CMOS-Bildsensoren überlegen sind. Anstatt sich auf die Suche nach der besten Technik zu begeben, kommt es eher darauf an, die wesentlichen Leistungsparameter der Endanwendung zu identifizieren und diese mit den Funktionen und der Leistungsfähigkeit anderer Produkte zu vergleichen.