Sensor

Für jede Applikation den passenden Bildsensor

| Autor / Redakteur: Massimiliano Cavazzana * / Margit Kuther

Folglich werden Bildsensoren mit einer möglichst hohen Auslesebandbreite benötigt. Diese wird unmittelbar von der Architektur der CMOS-Sensoren unterstützt. Es ist nämlich möglich, zusätzliche digitale Ausgänge hinzuzufügen, um die Bandbreite des CMOS-Sensors zu erhöhen. Die hochauflösenden PYTHON-Sensoren bieten beispielsweise 32 LVDS Kanäle, sodass Bandbreiten erzielt werden können, die selbst modernste Computerschnittstellen wie 10 Gigabit Ethernet oder USB 3.1 bei weitem übertreffen: Auslesegeschwindigkeiten von bis zu 80 Bildern pro Sekunde bei 25 Megapixeln Auflösung werden so möglich. Das ist weit mehr, als Standard CCD-Designs bieten können.

Dank der Designflexibilität der CMOS-Ausgabeeinheit kann die Bildrate noch weiter gesteigert werden, wenn aus dem Bildsensor nur relevante Bildbereiche ausgelesen werden. Dies ist in den Modi ‚Region of Interest‘ (ROI) möglich, bei denen einer oder mehrere Bildausschnitte frei definiert werden können. Bei korrekter Auslegung des ROI-Betriebsmodus werden nicht nur die auszulesenden x-Werte sondern auch die y-Werte reduziert. Das ermöglicht eine höhere Auslesegeschwindigkeit als bei normalen CMOS-Ausgabeeinheiten, die nur über die x-Werte dieses reduzierten Bereiches skalieren können.

PYTHON-Sensoren von VGA bis über 25 MPixel Auflösung

Beispielhaft soll dies anhand des Vergleichs der tatsächlichen Bildraten des PYTHON-5000-Bildsensors mit den theoretischen Bildraten eines ähnlichen 5-Megapixel-Sensors mit einer Standard-Ausgabeeinheit dienen. Bei voller Auflösung liefern beide Sensoren dieselbe Bildrate von rund 100 Bildern pro Sekunde. Liest man aber nur einen 1280 x 720 Bildpunkte großen Teilbereich aus, erhöht sich die Bildrate des PYTHON auf fast 600 fps, wohingegen ein Standarddesign auf nur 300 fps ansteigen würde. Dieser zusätzliche Geschwindigkeitsgewinn ist ein wichtiges Unterscheidungsmerkmal, wenn es auf die maximal mögliche Bildwiederholrate für ein Device ankommt.

Und obwohl viele Bildverarbeitungsapplikationen häufig eine hohe Auflösung benötigen, um ein Bild mit feinsten Details zu liefern, dürfen dennoch nicht zu viele Informationen erfasst werden, denn diese würden die Datenverarbeitung unnötig verlangsamen. Neben der richtigen Anzahl an Bildpunkten zählt deshalb auch das richte Bildformat bzw. Seitenverhältnis, um die Bilderfassung auf die Applikation hin optimieren zu können. So wird beispielsweise ein Seitenverhältnis von 1:1 häufig für Kameras in Pick&Place-Anwendungen genutzt, um das gesamte Sichtfeld der Kameralinse bestmöglich auszunutzen.

Häufig sind auch unterschiedliche spektrale Empfindlichkeiten (mehrfarbig, einfarbig, erweitertes Nahin-frarot) gefordert, um das Bildverarbeitungssystem bestmöglich auf die spezifischen Anforderungen der Applikation hin zu optimieren. Um Kameradesigns und ihre Fertigung zu optimieren, suchen Kamerahersteller daher nach einer integrierten Produktfamilie von Bildsensoren, die unterschiedliche Auflösungs- und Farboptionen bieten, damit sie für Kunden ein komplettes Kameraportfolio schnell und effektiv entwickeln können. Die PYTHON-Sensor-Familie ist eine solche Produktfamilie mit über 40 erhältlichen Optionen für unterschiedliche Auflösungen – von VGA bis über 25 Megapixel.

Die Sensoren sind in unterschiedlichen Konfigurationen mit verschiedenen spektralen Empfindlichkeiten für Monochrom, Bayer-Farbraum und erweitertem Nahinfrarot erhältlich und sind mit einer abnehmbaren Schutzfolie bestückt, die den Bildsensor während der Kameramontage schützt. Zudem gibt es auch Modelle in besonders energiesparenden Konfigurationen. Kamerahersteller brauchen lediglich zwei unterschiedliche PCB-Designs, um die gesamte Produktfamilie integrieren zu können. Ein umfassender Evaluationssupport hilft Entwicklern zusätzlich, die Entwicklungszeit und damit die Time-to-Market zu verkürzen. Details, wie Avnet Silica Entwickler die Arbeit erleichtern kann, bietet der Kasten: „Praxisnahe Implementierungen“.

Fazit: CCD-Bildsensoren werden zwar noch in manchen spezifischen Applikationen bevorzugt. Die gestiegene Bildqualität, Bandbreite und Flexibilität bei der Bildgebung und Konfiguration hat die Einsatzfelder von CMOS-Bildsensoren in industriellen Bildverarbeitungsapplikationen jedoch signifikant erweitert. Die Bildgebungsfähigkeiten dieser Technologie bieten der industriellen Bildverarbeitung ein ganz neues Maß an Performance und Funktionalität. Avnet Silicas Partnerschaft mit ON Semiconductor ermöglicht es Entwicklern, CMOS-Sensoren besonders schnell und einfach zu integrieren, sodass es keine Hürde mehr gibt, die Leistungsvorteile der CMOS-Technologie in jedes ihrer Designs zu integrieren.

Ergänzendes zum Thema
 
Praxisnahe Implementierungen

* Massimiliano Cavazzana ist Technology Marketing Manager EMEA für Sensor & Analog Signal Chain bei Avnet Silica.

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