Sony setzt auf CMOS, IDS ebenfalls Der Trend geht von CCD- zu CMOS-Bildsensoren

Global Shutter: Auch bei CMOS-Bildsensoren leistungsfähig

Dank Global Shutter eignen sich CCD-Sensoren sehr gut für Applikationen mit schnell bewegten Objekten. Wie sieht es da bei CMOS-Sensoren aus? Worin unterscheidet sich der bei CCD-Sensoren per se vorhandene Global Shutter vom in manchen CMOS-Sensoren integrierten Global Shutter – technisch und von der Wirkung her?

Der Unterschied im Global Shutter zwischen einem CCD- und einem CMOS-Sensor ist marginal. Am Ende jeder globalen Belichtung muss der Pixel-Wert im Pixel selbst gespeichert werden, weil ja letztlich immer sequenziell ausgelesen wird - bei CCD pixelweise, bei CMOS inzwischen durch die Spalten-A/D-Wandler zeilenweise. Der CMOS-Sensor kann die Information direkt adressieren, der CCD-Sensor muss alles über die Chipfläche bis zum Ausgang schieben. Und das ist bei viel Licht ein großer Nachteil, weil man hier nicht genügend abschirmen kann. Smear und Blooming sind die unerwünschten Effekte, die beim CMOS-Sensor nicht auftreten.

Mittlerweile verwenden manche Kunden auch Rolling-Shutter-Sensoren, wenn Bewegung im Spiel ist und besonders bei hohen Auflösungen. Meist ist das nur eine Aufgabe für unsere Systemberatungs-Abteilung, eine passende Lösung zu finden. CMOS-Sensoren werden immer schneller, und dank dem USB-3.0-Interface erreichen unsere Kameras sehr hohe Bildraten und entsprechend geringe Rolling-Shutter-Effekte.


Die zweite Hälfte der Kamera ist ja bekanntlich die Software. Welche Rolle spielt sie für den Erfolg der CMOS-Sensoren?

Der Erfolg eines Sensors hängt von vielen Faktoren ab, gerade auch von der Software. Erst mit einer leistungsstarken Treiber-Software lassen sich die Features eines Sensors voll ausschöpfen und das Einsatzspektrum erweitern.

Unser Ziel ist es daher, alle Sensor-Leistungsmerkmale, die einen Mehrwert für Kunden bieten, in unseren Kameras auch tatsächlich nutzbar zu machen. Im Gegensatz zu den meisten Wettbewerbern bieten wir daher neben den USB-Video-Class- und USB3-Vision-Versionen unsere Industriekameras auch mit dem klassischen Software-Development-Kit an, erhältlich für Windows, Linux und Linux Embedded. Nur damit lassen sich die Sensor-Features vollumfänglich implementieren, und wir sind damit auch deutlich schneller am Markt, als dies etwa mit USB3 Vision möglich wäre - sofern ein bestimmtes Feature überhaupt seinen Weg in den Standard findet.


Welche besonderen Features, die das Potential moderner CMOS-Sensoren erschließen, bietet die Treiber-Software von IDS denn?

Der Multi-Integration-Modus für Mehrfachbelichtungen innerhalb eines Bildes ist hier als Beispiel zu nennen. Er ermöglicht innerhalb der eingestellten Belichtungszeit sehr kurze Teilbelichtungszeiten, mit denen auch schnell bewegte Objekte erfasst werden können. Wir eröffnen CMOS-Kameras damit neue Anwendungsfelder in Intelligent Transportation Systems oder in Sport und Medizin, wo etwa bei Bewegungsanalysen bisher teure Highspeed-Kameras zum Einsatz kamen. IDS ist der erste Kamerahersteller weltweit, der mit dem 2-Megapixel-Sensor EV76C570 von e2v solche Mehrfachbelichtungen pro Aufnahme ermöglicht.

Auch einen Line-Scan-Modus haben wir für verschiedene CMOS-Modelle integriert. Mit ihm lässt sich eine Flächenkamera wie eine Zeilenkamera betreiben; es können also nicht nur Bilder, sondern auch Zeilen getriggert werden. CMOS-Kameras werden damit zur preisgünstigen Alternative für die Inspektion von Endlosbahnen.

Langzeitbelichtungen, eigentlich eine Domäne der CCDs, gelingen mit CMOS-Sensoren ebenfalls: Der IMX174 von Sony ermöglicht bis zu 30 Sekunden. Die Liste ließe sich noch weiter fortsetzen. Für Anwender ist außerdem wichtig, dass unsere Treiber-Software für alle unsere Kameras identisch ist, egal ob mit USB-2.0-, USB-3.0- oder GigE-Anschluss. Dies gestattet den Mischbetrieb von Kameras mit unterschiedlichen Schnittstellen, aber auch den Modellwechsel. Die Software ist abwärtskompatibel und Remote-Update-fähig. In dem SDK sind außerdem viele Demos und Tools zur optimalen Einrichtung und Parametrierung der Kameras enthalten.


Welche Innovationen bei CMOS-Industriekameras sind von IDS in naher Zukunft zu erwarten?

Sowohl von Sony als auch von On Semiconductor dürfen wir mit weiteren Neuheiten an der Sensorfront rechnen. Auch die kleineren Sensorhersteller werden reagieren und mit interessanten Entwicklungen aufwarten. Als Kamerahersteller stehen wir mit allen Anbietern in engem Kontakt. Mehr möchten wir aber noch nicht verraten.