Sensore di immagine
Un sensore CMOS è un sensore di immagine utilizzato nelle fotocamere o videocamere digitali. Le sue parti fotosensibili convertono la luce in ingresso in tensione mediante transistor situati sul pixel. Si distingue tra conversione A/D on-chip e conversione A/D off-chip.
I sensori CMOS sono sensori a pixel attivi, responsabili della misurazione della luce come rivelatori a semiconduttore. Ogni elemento è dotato di un circuito amplificatore per la lettura del segnale. L'uso della tecnologia CMOS consente di integrare nel chip del sensore funzioni aggiuntive, come il controllo dell'esposizione o la correzione del contrasto.
Dove si usa?
I sensori di immagine sono utilizzati nelle fotocamere digitali, nelle videocamere, nelle fotocamere reflex e negli smartphone. Tuttavia, stanno acquisendo sempre più importanza anche nell'elaborazione industriale delle immagini. Sono inoltre integrati da microlenti sui pixel, che ingrandiscono le superfici sensibili alla luce.
Inoltre, sono potenziati dalla tecnologia dei sensori CMOS retroilluminati: in questo modo, l'esposizione viene eseguita dal retro attraverso un substrato molto sottile. Integrando l'elettronica di lettura sul sensore, i progetti diventano più compatti, più efficienti dal punto di vista energetico e meno costosi. Nell'elaborazione industriale delle immagini, si nota una riduzione degli effetti di blooming e un aumento della frequenza dei fotogrammi. L'effetto blooming è una frangia di luce sull'immagine causata da aree luminose e sovraesposte.
Come funziona un sensore CMOS?
L'abbreviazione CMOS sta per "Complementary Metal Oxide Semiconductor". È un circuito elettronico basato sull'effetto fotoelettrico che converte i fotoni in cariche elettriche. La trasmissione di queste informazioni avviene per ogni singolo fotodiodo attraverso un amplificatore, in modo che ogni pixel venga letto elettronicamente.
Vantaggi e svantaggi della tecnologia dei sensori d'immagine
La valutazione integrata dell'elettronica per pixel offre numerosi vantaggi. Da un lato, il consumo di energia è notevolmente ridotto e, dall'altro, la telecamera è più piccola, poiché l'elettronica di valutazione si trova nello stesso chip. Rispetto ai sensori CCD, si ottengono anche frame rate più elevati. Inoltre, l'effetto blooming è notevolmente ridotto. Nell'intervallo NIR, cioè nell'intervallo della radiazione infrarossa a onde corte, si ottiene anche una maggiore sensibilità. Inoltre, il sensore può essere letto in modo flessibile indirizzando direttamente i singoli pixel.
Come svantaggio, in alcuni casi si può osservare una minore sensibilità alla luce, con conseguente aumento del rumore dell'immagine quando le immagini vengono scattate con una luminosità inferiore.
L'uso dei sensori di immagine nell'ispezione pre-stampa
I sensori CMOS sono utilizzati nell'elaborazione industriale delle immagini. Questo software di elaborazione delle immagini è utilizzato nel contestodell'ispezioneartwork della prestampada EyeC soddisfa le elevate esigenze dell'industria tipografica in termini di qualità dell'immagine. Gli scanner ultraveloci della soluzione software EyeC leggono i campioni di stampa e, grazie ai sensori di immagine di alta qualità, rilevano tutti i tipi di difetti, come deviazioni di colore, macchie o passaggi sbavati. Con questo software di alta qualità è possibile controllare testi, grafica, Braille e codici 1D e 2D. Gli errori su tutti i tipi di imballaggi, come cartoni pieghevoli, foglietti illustrativi o etichette, possono essere rilevati e corretti durante la prestampa, ottimizzando così l'intero processo di stampa.
Le differenze tra i sensori CCD
La differenza principale tra i sensori CMOS e CCD è la modalità di lettura dei pixel. Nel sensore CCD, la carica viene trasportata sull'intero chip e un convertitore analogico converte ogni pixel in un valore digitale. Al contrario, i sensori CMOS hanno diversi transistor per ogni pixel: questi amplificano la carica e il trasporto avviene tramite linee tradizionali. Attualmente, circa il 75% dei sensori di immagine utilizzati sono CCD e circa il 25% utilizza la tecnologia CMOS. Il CCD ha il vantaggio di un minore rumore di lettura e di un'elevata qualità delle immagini, mentre la tecnologia CMOS si distingue per l'eliminazione di eventuali effetti di smear e blooming.
Entrambi i tipi di sensori di immagine sono utilizzati in un'ampia gamma di applicazioni, ad esempio nel campo della medicina. La tecnologia CCD viene utilizzata soprattutto nelle bioscienze, dove è necessaria nella tecnologia della microscopia per garantire un'elevata qualità delle immagini. I sensori CCD sono utilizzati anche in tutti i tipi di applicazioni che richiedono lunghi tempi di esposizione.
I CCD utilizzano il cosiddetto meccanismo dell'otturatore globale, in cui tutti i pixel del CCD vengono esposti simultaneamente. La tecnologia CMOS convenzionale, invece, utilizza la tecnologia rolling shutter, in cui l'esposizione dei pixel avviene riga per riga. Questo produce i temuti effetti di distorsione. Negli ultimi anni, tuttavia, il meccanismo dell'otturatore globale è stato ulteriormente sviluppato anche per i CMOS. Viene utilizzato per le scansioni 3D grazie al suo basso consumo energetico e al costo contenuto.
FAQ
Che cos'è un sensore di immagine (CMOS) e come funziona?
Un sensore di immagine converte la luce in entrata in un segnale elettrico che può essere elaborato come immagine. Nei sensori CMOS, ogni pixel è dotato di componenti elettronici (tra cui un amplificatore) che aiutano a leggere il segnale, e la conversione da luce a segnale è abbinata alla conversione da analogico a digitale (sia su chip che fuori chip).
Dove vengono utilizzati i sensori di immagine nell'ispezione della stampa e degli imballaggi?
Oltre alle fotocamere e agli smartphone, i sensori di immagine stanno assumendo un'importanza sempre maggiore nell'elaborazione industriale delle immagini, dove acquisiscono artwork degli imballaggi artwork i campioni di stampa per i controlli automatizzati. Nel contesto della pre-stampa e artwork EyeC, sensori di alta qualità aiutano gli scanner a rilevare difetti quali deviazioni di colore, macchie o sbavature.
Qual è la differenza tra sensori di immagine CMOS e CCD?
Una differenza fondamentale è il modo in cui vengono letti i dati dei pixel. I sensori CCD trasportano la carica attraverso il chip per convertirla, mentre i sensori CMOS leggono e amplificano i segnali a livello di pixel tramite transistor. In pratica, il CCD è spesso associato a un rumore di lettura molto basso e a un'elevata qualità dell'immagine, mentre il CMOS supporta comunemente frame rate più elevati e può ridurre effetti come lo smear e il blooming.
Quali sono i principali vantaggi e svantaggi della tecnologia dei sensori CMOS?
I sensori CMOS consentono di realizzare progetti più compatti ed efficienti dal punto di vista energetico e supportano frame rate più elevati, con effetti di blooming ridotti; alcuni progetti migliorano anche la sensibilità nella gamma del vicino infrarosso. Un potenziale svantaggio è che, in determinate condizioni, una minore sensibilità alla luce può aumentare il rumore dell'immagine in scene poco illuminate.
Cos'altro possono controllare EyeC utilizzando le immagini acquisite dai sensori?
Oltre a individuare i difetti visibili di stampa, l'approccio di ispezione EyeCpuò aiutare a verificare il testo e la grafica, nonché gli elementi di imballaggio regolamentati come il Braille e codici 1D/2D, e può supportare controlli del colore rispetto alle tolleranze.