CMOS-Bildsensoren mit Global-Shutter
Trotz Bewegung des Objekts keine Verzerrung im Bild
Fortsetzung des Artikels von Teil 1
Shutter-Technik in CMOS-Bildsensoren
Bei CMOS-Bildsensoren finden sich zwei Arten von Verschlüssen (Shutter): Rolling-Shutter und Global-Shutter. »Herkömmliche Designs, die auf Rolling-Shutter beruhen, können in Anwendungen mit bewegten Objekten wegen ihrer Betriebsart kaum die heutzutage gewünschte hohe Bildqualität erzielen«, verdeutlicht Whetstone. »Global-Shutter-Designs dagegen sind in der Lage, qualitativ hochwertige Bilder solcher Objekte ohne Verschmieren, Verzerrungen oder Artefakte aufzunehmen – und zwar unter verschiedenen Lichtverhältnissen, die von sehr schwach bis extrem hell reichen.«
Ein Rolling-Shutter scannt die Bildfläche schrittweise von oben nach unten und belichtet jede Pixel-Reihe nacheinander. Dieser Ansatz ahmt den mechanischen Verschluss der meisten Kameras nach; er bringt gewisse Einschränkungen, in manchen Anwendungen aber durchaus auch Vorteile mit sich. Sind die Kamera mit dem Bildsensor und die Szene, die erfasst werden soll, beide relativ ruhig ausgerichtet, ist alles in Ordnung. Weil das Scannen von oben nach unten jedoch eine gewisse Zeit benötigt (und diese Zeit umso länger dauert, je mehr Pixel der Sensor enthält), führt dies zu einem verzerrten Bild, wenn sich die Kamera oder das Motiv während dieser Zeit bewegt. Das Bild eines sich drehenden Flugzeugpropellers sieht daher verzerrt aus. Die Vorteile von Rolling-Shutter-Bildsensoren liegen darin, dass höhere Auflösungen, kleinere Pixel und die neueste Pixel-Technik in einer kosteneffektiven Lösung eine noch bessere Gesamtbildqualität ermöglichen.
Der Global-Shutter vermeidet ein Smearing (Verschmieren) oder Bending (Verzerren), weil er die gesamte Bildfläche in ein und demselben Moment erfasst. Damit werden jegliche Bewegungseffekte der Kamera oder des Objekts ausgeblendet. Mit einem Global-Shutter lassen sich somit völlig unverzerrte Bilder beweglicher Objekte erfassen, etwa in Drohnen- und AR/VR-Anwendungen.
»Weil viele mit Bildsensoren ausgestattete Geräte mobil und batteriebetrieben sind, werden eine geringe Größe, ein geringes Gewicht und ein geringer Stromverbrauch zu entscheidenden Faktoren«, führt Whetstone aus. »Darüber hinaus müssen auch bei schlechten Lichtverhältnissen klare Bilder entstehen – sowohl wenn die Lichtstärke gering ist, als auch bei extremen Hell- und Dunkelwerten im selben Bildfeld.«
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- Shutter-Technik in CMOS-Bildsensoren
- Bildsensor mit Global-Shutter-Technik für moderne Anwendungen
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