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Implementierung von IBV-Systemen

Welcher Bildsensor für welche Anwendung?

06. Juli 2021, 21:45 Uhr   |  Danny Scheffer

Welcher Bildsensor für welche Anwendung?
© On Semiconductor

Abbildung 1: Bildsensoren werden in einer Vielzahl industrieller Anwendungen eingesetzt.

Im Zuge der digitalen Transformation werden in der Industrie immer mehr Bildverarbeitungssysteme installiert. Doch wo liegen dabei die Herausforderungen, und welche Bildsensoren eignen sich am ehesten dafür?

Der Einsatz von Bildsensoren in Fabriken, Verkehrssystemen, Wissenschaft, Medizin, Einzelhandel, Überwachung und Robotik nimmt deutlich zu, weil Unternehmen versuchen, mehr Kontrolle in ihre Prozesse zu bringen, um die Qualität zu verbessern und die Kosten zu kontrollieren. In Fabriken verbessern Bildsensoren die In-Process- und End-of-Line-Inspektion sowie die Sicherheit der Arbeiter durch die Ausstattung von Robotern mit Bildverarbeitungstechnik. In Wissenschaft und Medizin sind Bildsensoren ein wichtiges Element in der digitalen Radiographie und der verteilten Diagnostik, wo sie für die Röntgenkristallographie, die Erstellung von DNA-Profilen, die Astrofotografie und mehr eingesetzt werden.

Sicherheit ist ein Anliegen in vielen Aspekten unseres modernen Lebens. Bildsensoren mit höherer Auflösung und Bildqualität werden in Drohnen / UAVs zur Grenzsicherung eingesetzt. Unsere Straßen werden immer sicherer, weil Bildsensoren zur Überwachung von Kreuzungen und zur Erkennung von Verkehrsverstößen sowie zur Identifizierung von Fahrzeugen durch automatische Nummernschilderkennung (ANPR) eingesetzt werden.

Weil die Anforderungen der Anwender steigen, schreitet auch die Leistung und Qualität der Bildsensoren schnell voran, um die Leistung in bestehenden Anwendungen zu verbessern und neue Einsatzmöglichkeiten für diese Geräte zu schaffen.

Wichtige Technologietreiber

Eine Reihe von technischen Fortschritten in der Bildsensorik treibt diese Leistungsverbesserungen voran. Die Rückseitenbeleuchtung (Backside Illumination, BSI) ordnet die Schlüsselelemente des Sensors neu an, indem sie den Silizium-Wafer umdreht und die Photokathodenschicht vor die Verdrahtung verschiebt, wodurch sich die wichtige Leistung des Bildsensors bei schlechten Lichtverhältnissen deutlich verbessert.

Ein wichtiger Parameter, der die Qualität einer Videoübertragung definiert, ist die Anzahl der Bilder pro Sekunde (fps), die ein Sensor liefern kann. In Verbindung mit einer höheren Auflösung bedeutet dies, dass in jedem Bild mehr Pixeldaten enthalten sind, was eine deutliche Geschwindigkeitssteigerung in der Sensorarchitektur erfordert, um flüssige, ruckelfreie Videoübertragungen zu liefern.

Viele moderne Kameras haben auf mechanische Verschlüsse verzichtet, weil diese sperrig und nach längerem Gebrauch störungsanfällig sind. Moderne Kameras verwenden zunehmend einen elektronischen Shutter, bei dem alle Pixel gleichzeitig erfasst werden - eine Technik, die als Global Shutter bekannt ist.

Weil Sensoren zunehmend in Anwendungen eingesetzt werden, bei denen Bewegung eine Rolle spielt (entweder befindet sich der Sensor an einem fahrenden Fahrzeug oder die zu erfassende Szene enthält bewegte Objekte), sind Sensoren mit einem schnellen Global Shutter nötig, um Bildverschmierungen und andere unerwünschte Artefakte zu vermeiden, die mit der Rolling-Shutter-Technik verbunden sind.

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1. Welcher Bildsensor für welche Anwendung?
2. Herausforderungen für Entwickler industrieller Bildverarbeitungssysteme
3. Ein Familienansatz mit Design-Unterstützung

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