nach oben
Skip to main content

Czujnik obrazu

Sensor CMOS to czujnik obrazu używany w aparatach cyfrowych lub kamerach. Jego światłoczułe części przekształcają przychodzące światło w napięcie za pomocą tranzystorów, które znajdują się na pikselu. Rozróżnia się konwersję analogowo-cyfrową w układzie scalonym i konwersję analogowo-cyfrową poza układem scalonym.

Czujniki CMOS to aktywne czujniki pikselowe, które są odpowiedzialne za pomiar światła jako detektory półprzewodnikowe. Każdy element posiada obwód wzmacniacza do odczytu sygnału. Zastosowanie technologii CMOS umożliwia integrację dodatkowych funkcji w chipie czujnika, takich jak kontrola ekspozycji lub korekcja kontrastu.

Czujnik obrazu
nach oben

Gdzie jest używany?

Czujniki obrazu są wykorzystywane w aparatach cyfrowych, kamerach wideo, lustrzankach i smartfonach. Ale stają się one również coraz ważniejsze w przemysłowym przetwarzaniu obrazu. Są one dodatkowo uzupełniane przez mikrosoczewki na pikselach, które powiększają powierzchnie światłoczułe. Ponadto są one ulepszane przez technologię czujników CMOS z podświetleniem od tyłu: w ten sposób ekspozycja jest wykonywana od tyłu przez bardzo cienkie podłoże. Dzięki zintegrowaniu elektroniki odczytu z czujnikiem, konstrukcje stają się bardziej kompaktowe, energooszczędne i tańsze. W przemysłowym przetwarzaniu obrazu zauważalna jest redukcja efektu blooming i zwiększenie liczby klatek na sekundę. Efekt blooming to obwódka światła na obrazie spowodowana przez jasne i prześwietlone obszary obrazu.

nach oben

Jak działa czujnik CMOS?

Skrót CMOS oznacza „Complementary Metal Oxide Semiconductor”. Jest to układ elektroniczny oparty na efekcie fotoelektrycznym, który przekształca fotony w ładunki elektryczne. Transmisja tych informacji odbywa się dla każdej pojedynczej fotodiody za pośrednictwem wzmacniacza, dzięki czemu każdy piksel jest odczytywany elektronicznie.

Zalety i wady technologii czujników obrazu

Zintegrowana ocena elektroniki na piksel zapewnia liczne korzyści. Z jednej strony zużycie energii jest znacznie zmniejszone, a z drugiej strony kamera jest mniejsza, ponieważ elektronika oceniająca znajduje się na tym samym chipie. W porównaniu do czujników CCD, osiągana jest również wyższa liczba klatek na sekundę. Ponadto, efekt blooming jest znacznie zredukowany. W zakresie NIR, tj. w zakresie krótkofalowego promieniowania podczerwonego, osiągana jest również wyższa czułość. Ponadto czujnik może być elastycznie odczytywany poprzez bezpośrednie adresowanie poszczególnych pikseli.

Wadą jest to, że w niektórych przypadkach można zaobserwować gorszą czułość na światło, co skutkuje zwiększonymi szumami obrazu, gdy zdjęcia są wykonywane przy niższej jasności.

Zastosowanie czujników obrazu w kontroli przed drukowaniem

Czujniki CMOS są wykorzystywane w przemysłowym przetwarzaniu obrazu. To oprogramowanie do przetwarzania obrazu jest wykorzystywane przez EyeC w kontekście inspekcji dzieł sztuki i przygotowania do druku i spełnia wysokie wymagania branży poligraficznej w zakresie jakości obrazu. Ultraszybkie skanery oprogramowania EyeC Proofiler odczytują próbki druku i dzięki wysokiej jakości czujnikom obrazu wykrywają wszelkiego rodzaju defekty, takie jak odchylenia kolorów, plamy lub rozmazane przejścia. Dzięki temu wysokiej jakości oprogramowaniu można sprawdzać teksty, grafikę, alfabet Braille'a oraz kody 1D i 2D. Błędy na wszystkich rodzajach opakowań, takich jak składane kartony, wkładki do opakowań lub etykiety, mogą być wykrywane i korygowane podczas przygotowania do druku, optymalizując w ten sposób cały proces drukowania.

nach oben

Różnice między czujnikami CCD

Główną różnicą między czujnikami CMOS i CCD jest sposób odczytu pikseli.  W przypadku czujnika CCD ładunek jest transportowany przez cały chip, a konwerter analogowy konwertuje każdy piksel na wartość cyfrową. Z kolei czujniki CMOS mają kilka tranzystorów na każdy piksel: wzmacniają one ładunek, a transport odbywa się za pośrednictwem tradycyjnych linii. Obecnie około 75% używanych czujników obrazu to czujniki CCD, a około 25% wykorzystuje technologię CMOS. Zaletą przetwornika CCD jest niższy poziom szumów odczytu i wysoka jakość obrazu, podczas gdy technologia CMOS pozwala wyeliminować wszelkie efekty rozmazania i rozmycia.

Oba typy czujników obrazu są wykorzystywane w szerokim zakresie zastosowań, na przykład w medycynie. Z technologią CCD spotykamy się głównie w naukach biologicznych, gdzie jest ona niezbędna w technologii mikroskopii w celu zapewnienia wysokiej jakości obrazu. Czujniki CCD są również wykorzystywane we wszelkiego rodzaju aplikacjach wymagających długich czasów ekspozycji.

Przetworniki CCD wykorzystują tak zwany mechanizm migawki globalnej, w którym wszystkie piksele na przetworniku CCD są naświetlane jednocześnie. Konwencjonalna technologia CMOS wykorzystuje natomiast technologię rolling shutter, w której ekspozycja pikseli odbywa się linia po linii. Powoduje to zniekształcenia obrazu. Jednak w ostatnich latach mechanizm globalnej migawki został również rozwinięty dla CMOS. Jest on wykorzystywany do skanowania 3D ze względu na niskie zużycie energii i niski koszt.

nach oben

Ashley Madden

EyeC America

nach oben

Share or Print this page

Choose one of the services below:

Please choose your language: