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 układzie czujnika, takich jak kontrola ekspozycji lub korekcja kontrastu.
Gdzie jest używany?
Czujniki obrazu są stosowane w aparatach cyfrowych, kamerach wideo, lustrzankach i smartfonach. Stają się one jednak coraz ważniejsze również w przemysłowym przetwarzaniu obrazów. Dodatkowo są one uzupełniane mikrosoczewkami na pikselach, które powiększają powierzchnie światłoczułe.
Ponadto są one wzbogacone o technologię czujników CMOS z tylnym oświetleniem: w ten sposób ekspozycja odbywa się od tyłu poprzez bardzo cienkie podłoże. Dzięki zintegrowaniu elektroniki odczytującej z czujnikiem konstrukcje stają się bardziej kompaktowe, energooszczędne i tańsze. W przemysłowym przetwarzaniu obrazu zauważalne jest zmniejszenie efektu rozmycia i wzrost częstotliwości klatek. Efekt rozmycia to obrzeże światła na obrazie spowodowane jasnymi i prześwietlonymi obszarami obrazu.
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 zwiększonym poziomem szumów podczas robienia zdjęć przy niższej jasności.
Zastosowanie czujników obrazu w kontroli przed drukowaniem
Czujniki CMOS są wykorzystywane w przemysłowym przetwarzaniu obrazów. To oprogramowanie do przetwarzania obrazów jest używane w kontekściekontroliArtwork przygotowania do drukuprzez EyeC i spełnia wysokie wymagania branży poligraficznej w zakresie jakości obrazu. Ultraszybkie skanery oprogramowania EyeC Proofiler odczytują próbki wydruków i dzięki wysokiej jakości czujnikom obrazu wykrywają wszelkiego rodzaju defekty, takie jak odchylenia kolorów, plamy lub rozmazane fragmenty. Dzięki temu wysokiej jakości oprogramowaniu można sprawdzać teksty, grafiki, Braille oraz kody 1D i 2D. Błędy na wszystkich rodzajach opakowań, takich jak kartony składane, ulotki dołączane do opakowań lub etykiety, mogą być wykrywane i korygowane podczas przygotowania do druku, co pozwala zoptymalizować cały proces drukowania.
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 CCD jest niższy poziom szumów odczytu i wysoka jakość obrazu, podczas gdy technologia CMOS eliminuje 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 naświetlania.
Przetworniki CCD wykorzystują tak zwany mechanizm migawki globalnej, w którym wszystkie piksele na przetworniku CCD są naświetlane jednocześnie. Z kolei konwencjonalna technologia CMOS wykorzystuje 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.
FAQ
Czym jest czujnik obrazu (CMOS) i jak działa?
Czujnik obrazu przekształca padające światło na sygnał elektryczny, który może być przetwarzany jako obraz. W czujnikach CMOS każdy piksel posiada układ elektroniczny (w tym wzmacniacz), który pomaga odczytać sygnał, a przekształcenie światła na sygnał jest połączone z przekształceniem analogowo-cyfrowym (wbudowanym w układ lub zewnętrznym).
Gdzie stosuje się czujniki obrazu w kontroli druku i opakowań?
Oprócz aparatów fotograficznych i smartfonów, czujniki obrazu odgrywają coraz ważniejszą rolę w przemysłowym przetwarzaniu obrazów, gdzie służą do rejestrowania Artwork opakowań Artwork próbek druku w celu automatycznej kontroli. W kontekście Artwork przeddruku i Artwork firmy EyeC wysokiej jakości czujniki pomagają skanerom wykrywać defekty, takie jak odchylenia kolorów, plamy lub smugi.
Jaka jest różnica między matrycami CMOS a CCD?
Kluczową różnicą jest sposób odczytu danych pikseli. Czujniki CCD przenoszą ładunek przez chip w celu jego konwersji, natomiast czujniki CMOS odczytują i wzmacniają sygnały na poziomie pikseli za pomocą tranzystorów. W praktyce czujniki CCD często kojarzone są z bardzo niskim poziomem szumu odczytu i wysoką jakością obrazu, natomiast czujniki CMOS zazwyczaj obsługują wyższe częstotliwości odświeżania i mogą redukować efekty takie jak rozmycie i rozmycie krawędzi.
Jakie są główne zalety i wady technologii czujników CMOS?
Czujniki CMOS umożliwiają tworzenie bardziej kompaktowych i energooszczędnych konstrukcji oraz obsługują wyższe częstotliwości klatek przy zmniejszonym efekcie rozmycia; niektóre konstrukcje poprawiają również czułość w zakresie bliskiej podczerwieni. Potencjalną wadą jest to, że w niektórych warunkach niższa czułość na światło może zwiększać poziom szumów obrazu w słabo oświetlonych scenach.
Co jeszcze mogą sprawdzić EyeC na podstawie obrazów zarejestrowanych przez czujniki?
Oprócz wykrywania wad wizualnych nadruku, podejście EyeCdo kontroli może pomóc w weryfikacji tekstu i grafiki, a także regulowanych elementów opakowania, takich jak Braille i kody 1D/2D – a także umożliwia kontrolę kolorów pod kątem tolerancji.