Bildsensor

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Ein Bildsensor besteht aus einer matrixförmigen Anordnung lichtempfindlicher Zellen (siehe Photodiode, die über einzelne Verstärker in den Pixeln - und/oder Verstärkern in den Zeilen und Spalten verfügen, die die erzeugte Ladung in eine Spannung umwandeln und die Information nach Aussen transportieren.

Bauformen

Bildsensoren existieren in unterschiedlichen Technologien, z.B. CMOS, PMOS und CCDs. Auf der eigentlichen Matrix können zusätzliche lichtempfindliche oder lichtleitende Schichten in Form von beschichteten Dünnfilmen aufgebraucht sein.

  • ARC (anti reflective coating), eine Art Aufrauhung , um das Licht besser einzusammeln und den Wirkungsgrad zu erhöhen
  • PIN (p, intrinsic, n), eine zusätzliche stark absorbierende Schicht mit erhöhter Empfindlichkeit gegenüber sichtbarem Licht oder auch UV-/IR-Licht
  • Szintilator, empfängt Teilchen- und Röntgenstrahlen und wandelt sie in Lichtimpulse um, die in der folgenden Schicht empfangen werden.

Analoge Sensoren

Die eigentliche Sensormatrix verfügt zunächst nur über Steuerleitungen zum Resetten = Laden/Entladen der Zellen, sowie gfs Multiplexer zum Aufschalten der Ladung auf Leitungen. Das benötigte Timing muss extern angeführt werden. Die Ausgabe erfolgt analog Pixel für Pixel. Durch gleichzeitiges Aktivieren von zwei Steuerleitungen aneinander grenzender Zeilen und Spalten können Gruppen von benachbarten Pixeln gebündelt werden. Durch dieses sogenannten Binning wird eine Minderung der Auflösung und eine Steigerung der Helligkeitsempfindlichkeit je Endpixel erreicht.

Digitale Sensoren

Darüber hinaus verfügen sogenannte digitale Bildsensoren einen oder mehrere interne AD-Wandler und eine eigene Taktgeneration, welche ein komplettes digitales Bild mit allen Steuersignalen HSYNCH, VSYNCH und BLANK etc ausgeben.

Die Taktgeneration wird dabei intern autark gelöst oder ist abhängig von einem externen Takt sowie Steuersignalen, die die Betriebsarten regeln. Damit ist z.B. das binning und auch das teilweise Auslesen der Sensoren konfigurierbar, wodurch unterschiedliche Bildgössen und -wiederholungsgeschwindigkeiten (frame rate) möglich sind.

Die Ausgabe der Daten erfolgt wieder Pixelweise oder Gruppenweise über einen oder mehrere Ausgänge. Dabei sind serielle Ausgaben (bitweise) oder parallele Ausgaben (wortweise) möglich.

Typen und Anwendungen

Beispiele für Sensoren und Sensoranwendungen speziell mit digitaler Ausgabe sind:

  • Kamera-Sensoren für Videotechnik / HDTV
  • Bildsensoren für industrielle Überwachung

Integrierte Bildverarbeitung

Einige Sensoren verfügen darüber hinaus auch noch über interne Logikschaltungen zur Vorbearbeitung des Bildes.

Beispiele:

  • Softbinning
  • Gain-Offset-Korrektur
  • Belichtungskorrektur (AGC)
  • Bildanalyse
  • Bewegungsextraktion
  • Objekterkennung

Heutige Bildsensoren tendieren zu immer mehr Intelligenz und Integrationsdichte. Sie unterstützen meist gleich mehrere Schnittstellen und Betriebsarten.

Schnittstellen

Moderne Bildsensoren verfügen hierbei über komplett funktionable, genormte Video-Schnittstellen:

  • SVIDEO (analog)
  • CameraLink
  • HDMI
  • GigEVision
  • GenICam
  • UVC
  • USB3Vision