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Überblick und Roadmap der Sony-CMOS-Sensoren

Sony hat mittlerweile vier recht ähnlich klingende Markennamen für seine Machine-Vision-CMOS-Sensoren eingeführt. Die Sensoren gehören zu den beiden Hauptproduktlinien Exmor und Pregius. Exmor-Sensoren bieten einen Rolling-Shutter, Pregius-Sensoren einen Global Shutter. In dem folgenden Artikel beschreiben wir jeden Sensortyp sowie die Unterschiede und bevorzugten Anwendungsgebiete.

Bild 1 | Im Gegensatz zu klassischen Rolling-Shutter-Sensoren, verwenden die Exmor-Sensoren mehrere ADCs parallel, was die Auslesegeschwindigkeit deutlich erhöht. (Bild: Flir Systems, Inc.)

Rolling-Shutter-Sensoren nutzen klassische Analog-Digital-Wandler (ADC) und die Pixelreihen werden nacheinander ausgelesen. Diese Architektur benötigt weniger Schaltkreise je Pixel, wodurch die Sensoren weniger komplex sind und somit kostengünstiger entwickelt und produziert werden können. Der größte Nachteil von Rolling-Shutter-Sensoren liegt im zeilenweisen Auslesen. Die Belichtungszeit jeder Zeile ist identisch, jedoch zeitlich versetzt. Ein bewegtes Objekt erscheint daher in jeder ausgelesenen Zeile an einer anderen Position, was zu der charakteristischen Rolling-Shutter-Verzerrung führt. Der Beitrag beschreibt Ansätze um diese Verzerrung zu reduzieren oder zu vermeiden.

Exmor

Bild 2 | Der globale Reset der Exmor-Sensoren führt bei kurzen Belichtungszeiten zu unterschiedlichen Helligkeiten im Bild. (Bild: Flir Systems, Inc.)

Die Exmor-Architektur ist auf geringes Rauschen und hohe Geschwindigkeit ausgelegt. Im Gegensatz zu klassischen Rolling-Shutter-Sensoren, verwenden die Exmor-Sensoren mehrere ADCs parallel. Dies erhöht die Auslesegeschwindigkeit und liefert so mehr Bilder pro Sekunde. Zudem reduziert die parallele Anwendung der ADCs auf verschiedene Spalten den analogen Signalpfad und damit das Rauschen. Die Exmor Sensoren nutzen außerdem Correlated Double Sampling, um das Rauschen aus dem Analogsignal zu entfernen. Mittels digitaler Rauschreduktion wird die Genauigkeit der Analog-Digital-Wandlung verifiziert. Um den Einfluss der Rolling-Shutter-Verzerrung zu reduzieren, bieten die Exmor Sensoren einen globalen Reset. Dieser wird auf alle Pixel gleichzeitig angewendet und synchronisiert das Ende der Belichtungszeit über alle Reihen hinweg. Der globale Reset verringert zwar die Rolling-Shutter-Verzerrung, führt jedoch bei kurzen Belichtungszeiten zu unterschiedlichen Helligkeiten im Bild. Dies kommt daher, dass die oberen Zeilen eine kürzere Gesamt-Belichtungszeit haben als die unteren, da die Belichtung der Zeilen nacheinander startet, aber gleichzeitig endet. Erhöht man jedoch die Belichtungszeit, verringern sich die relativen Unterschiede in den Belichtungszeiten und die sichtbaren Unterschiede in der Helligkeit nehmen ab.

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