Was ist ein Bildsensor? Für alle, die den Begriff schon einmal gehört haben, aber nicht genau wissen, worum es sich handelt, ist dies die richtige Seite.
Zunächst erklären wir, was ein Bildsensor eigentlich ist! Für diejenigen, die bereits mit Bildsensoren vertraut sind, aber mehr über Pixelstrukturen erfahren möchten, gibt es auch Erklärungen zu den Pixelaufbauten – werfen Sie gerne einen Blick darauf.
Wenn Sie bisher noch nichts über Bildsensoren wissen, hoffen wir, dass diese Seite Ihr Interesse weckt!
Was ist ein Bildsensor?
Ein Bildsensor wird in vielen Bereichen unseres täglichen Lebens verwendet. Das bekannteste Beispiel sind Smartphones und Digitalkameras. Ein Bildsensor ist ein Sensor, der in Kameras eingesetzt wird und Licht erfasst, um es in Bilder umzuwandeln.
In Kameras werden grundsätzlich Bildsensoren verwendet. Man könnte sagen, dass der Bildsensor das wichtigste Bauteil für die Bildqualität einer Kamera ist. Kameras mit einem Bildsensor niedriger Pixelanzahl und schlechter Empfindlichkeit liefern minderwertige Bildqualität. Umgekehrt kann eine Kamera mit einem hochwertigen Bildsensor hervorragende Bilder aufnehmen. Zwar hängt die Bildqualität nicht allein vom Bildsensor ab, doch dieser spielt eine so entscheidende Rolle, dass er die Bildqualität maßgeblich beeinflusst.
Heutzutage posten viele von Ihnen wahrscheinlich Fotos auf sozialen Netzwerken wie Instagram. Es wird gemunkelt, dass jedes Jahr etwa 21,9 Milliarden Fotos hochgeladen werden. Die meisten dieser Bilder wurden mit Hilfe von Bildsensoren aufgenommen!
Dass wir heutzutage so einfach Fotos und Videos in unserem Alltag nutzen können, verdanken wir der Weiterentwicklung der Bildsensoren. Mittlerweile sind Smartphones mit Dual- oder sogar Triple-Kameras selbstverständlich. Und die aufgenommenen Bilder sind erstaunlich klar und schön. Wenn man an die Fotos denkt, die vor Jahren mit älteren Handys aufgenommen wurden, erkennt man deutlich, wie leistungsfähig moderne Bildsensoren geworden sind
Übrigens, obwohl Bildsensoren hier hauptsächlich im Zusammenhang mit der Aufnahme von Fotos und Videos durch Kameras erwähnt wurden, gibt es noch viele weitere Einsatzmöglichkeiten. Abseits von allgemeinen Anwendungen wie Digitalkameras und Smartphones werden Bildsensoren auch in Fahrzeugkameras, medizinischen Kameras und Industriekameras eingesetzt – sie finden in den unterschiedlichsten Bereichen Verwendung.
Grundlegender Aufbau von CCD- und CMOS-Bildsensoren
Zunächst einmal gibt es zwei Haupttypen von Bildsensoren: CCD-Bildsensoren und CMOS-Bildsensoren. Im Folgenden erklären wir den jeweiligen Aufbau dieser beiden Sensortypen.
- Aufbau eines CCD-Bildsensors
CCD steht für „Charge Coupled Device“. Der Aufbau eines CCD-Bildsensors besteht aus einer Anordnung von Photodioden und vertikalen Transfer-CCDs für die Ladungsübertragung. Die von den Photodioden durch Photoelektrische Umwandlung erzeugten Ladungen werden wie bei einem Staffellauf durch die vertikalen Transfer-CCDs zum horizontalen Transfer-CCD weitergeleitet. Dort werden die Ladungen schließlich zu einem Verstärker übertragen, in eine Spannung umgewandelt und ausgegeben.
Im Gegensatz zur CMOS-Technologie ist die Herstellung eines CCD-Bildsensors deutlich komplexer. Dadurch können nur wenige Unternehmen CCD-Sensoren produzieren, und die Herstellungskosten sind im Vergleich zu CMOS-Bildsensoren höher. Ein weiterer Nachteil ist der höhere Stromverbrauch im Vergleich zu CMOS-Sensoren.
Obwohl heute CMOS-Bildsensoren die Hauptrolle spielen, waren CCD-Bildsensoren aufgrund ihres geringeren Rauschens vor einigen Jahren noch der Standard.
- CMOS-Bildsensoren
CMOS steht für „Complementary Metal-Oxide Semiconductor“, was auf Deutsch „Komplementärer Metall-Oxid-Halbleiter“ bedeutet. Der größte Vorteil von CMOS-Bildsensoren ist, dass sie mit dem CMOS-LSI-Herstellungsprozess gefertigt werden können. Dadurch lassen sich die für Bildsensoren erforderlichen Signalverarbeitungsschaltungen auf demselben Chip integrieren.
Da sie mit einem standardisierten CMOS-Prozess hergestellt werden, sind CMOS-Bildsensoren in der Lage, leistungsstark, kompakt und gleichzeitig in großen Stückzahlen zu einem niedrigen Preis produziert zu werden.
- Aufbau eines CMOS-Bildsensors
Der allgemeine Aufbau eines CMOS-Bildsensors umfasst Photodioden, Pixelkreise, Rauschunterdrückungsschaltungen, A/D-Wandler, sowie horizontale und vertikale Abtastschaltungen.
Das Licht, das in ein Pixel eintritt, wird durch Photoelektrische Umwandlung im Pixel in ein Signal umgewandelt und ausgelesen. Anschließend werden Störungen im Signal durch die Rauschunterdrückungsschaltung entfernt, und der A/D-Wandler wandelt das rauschreduzierte Signal in digitale Werte um. Dieser Prozess wird für jedes Pixel durchgeführt, wodurch die Werte des gesamten Pixelarrays erfasst werden.
Ein weiterer Vorteil von CMOS-Bildsensoren ist die Adressierungsstruktur zur Pixelauswahl, die eine hohe Flexibilität beim Auslesen ermöglicht.
Zusammenfassung
Nun fassen wir den Artikel in der Zusammenfassung noch einmal zusammen.
Q. Was ist ein Bildsensor?
A. Ein Sensor, der in Kameras verwendet wird. Er wandelt Licht in elektrische Signale um und erzeugt daraus Bilder.
Q. Was sind die Vor- und Nachteile von CCD- und CMOS-Bildsensoren?
A. CCD-Bildsensoren
◆Vorteile
Hohe Quanteneffizienz
Geringer Dunkelstrom
◆Nachteile
Keine System-on-Chip-Integration möglich
CMOS-Bildsensoren
◆メリット
System-on-Chip-Integration möglich
Hohe Bildfrequenzen (FPS) und HDR-Unterstützung
◆Nachteile
Höherer Dunkelstrom und mehr Rauschen
CMOS-Bildsensoren entwickeln sich auch heute noch rasant weiter. Während bisher vor allem die Entwicklung von Bildsensoren für Digitalkameras und mobile Geräte im Fokus stand, wird erwartet, dass der zukünftige Schwerpunkt von bildbasierten Anwendungen für Menschen hin zu maschinellen Erkennungsanwendungen wie in autonomen Fahrzeugen verlagert wird. Lassen Sie uns gespannt beobachten, wie sich Bildsensoren in den kommenden Jahren weiterentwickeln!
Auf dieser Website möchten wir nicht nur Trends zu Bildsensoren präsentieren, sondern auch grundlegende Informationen über Bildsensoren bereitstellen.
Wir freuen uns, wenn Sie unsere Website („Bildsensor-Informationen“) weiterhin besuchen. Es wäre großartig, wenn Sie die Seite auch als Lesezeichen speichern könnten!
Außerdem haben wir einen Artikel über die Pixelstruktur verfasst – schauen Sie sich diesen gerne ebenfalls an! ↓
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