Kurze Antwortzeiten

CMOS-TDI (Time Delay Integration)

Als die Smartphone-Industrie anfing CMOS-Sensoren in ihre Kameras zu integrieren, verschoben sich die Dynamik und das wirtschaftliche Umfeld der digitalen Bildverarbeitung. Gleichzeitig begannen die Hersteller von Flächen- und Zeilenkameras von CCD- zu CMOS-Imagern zu wechseln. Die CMOS-Technologie erwies sich jedoch als Herausforderung für TDI-Kameras (Time Delay Integration).

 Die 8k- und 16k-CMOS-TDI-Farbkamera Piranha XL Color ist mit TDI-Technologie ausgestattet und eignet sich f?r anspruchsvolle Anwendungen in der Elektronik oder zur ?berpr?fung von Flachschirmen. (Bild: Teledyne Dalsa)

Die 8k- und 16k-CMOS-TDI-Farbkamera Piranha XL Color ist mit TDI-Technologie ausgestattet und eignet sich für anspruchsvolle Anwendungen in der Elektronik oder zur Überprüfung von Flachschirmen. (Bild: Teledyne Dalsa)

TDI-Kameras funktionieren ähnlich wie ein Zeilensensor, nur dass der TDI-Prozess summativ stattfindet und ein Bild Zeile für Zeile kompiliert wird, sodass mehr Details aus oft Hunderten von Zeilen entnommen werden. Dadurch sind deutlich höhere Abtastgeschwindigkeiten bei Anwendungen mit geringem Licht möglich. Indem die Übertragung zeitlich so abgestimmt wird, dass sie mit der gleichen Geschwindigkeit stattfindet, wie das Bild die Sensorenarrays durchläuft, erfasst jedes Array dasselbe Bildsegment. Beim Zusammenfügen der Daten wird das TDI-Array letztlich in ein Zeilenarray umgewandelt, dessen effektive Belichtungszeit der Summe der Belichtungszeiten für die einzelnen Zeilen entspricht. Die Verwendung eines TDI-Arrays ermöglicht z.B. eine zeilenweise Bildverarbeitung, wenn eine Bewegung in hoher Geschwindigkeit zu einer zu kurzen Belichtungszeit für einen einzelnen Sensor führen würde. Dadurch ist die TDI-Bildverarbeitung besonders nützlich, wenn die Signale sehr schwach sind, wie es in der wissenschaftlichen Forschung, Medizin, Luftaufklärung, Abbildung der Erde oder anderen Hochleistungsanwendungen typisch ist.

CCD vs. CMOS

Früher hatte CCD-Technologie einen inhärenten Vorteil in Bezug auf TDI-Anwendungen. CCD-Elemente verschieben eine Ladung von Pixel zu Pixel über den Bildsensor. Dies ermöglicht es, mehrere Abtastungen (z.B. Pixelzeilen in einer Mehrzeilenkamera) ohne komplexe Schaltungen für die Integration hinzuzufügen, die zu einem zusätzlichen Bildrauschen führen würden. Die CCD-Technologie ist jedoch kostenaufwendig in der Fertigung, die Ausgaberaten sind gering und Bildverarbeitungsgeräte, die sie verwenden, verbrauchen mehr Strom als CMOS-Geräte in vergleichbarer Größe. Da CCD einen immer kleineren Teil des Marktes ausmacht und CMOS-Technologien eine Summierung im Pixelarray und außerhalb davon zulassen, ist ein intelligenter technischer Kompromiss möglicherweise die beste Lösung. Die meisten Unternehmen konzentrieren sich nur auf eine Lösung (Ladungssummierung im Pixelarray oder Summierung getrennt vom Pixelarray), obwohl die inhärenten Einschränkungen der Technologie deutlich machen, dass dies ein Fehler ist. In Zukunft wird es beide Technologien geben und wenn man die Einschränkungen von CMOS-TDIs mit Ladungssummierung berücksichtigt, wird auch weiterhin ein Bedarf an beiden bestehen.

16k-CMOS-TDI-Farbkamera

 TDI-Kameras funktionieren ?hnlich wie ein Zeilensensor, nur dass der TDI-Prozess summativ stattfindet und ein Zeile f?r Zeile kompiliert wird. (Bild: Teledyne Dalsa)

TDI-Kameras funktionieren ähnlich wie ein Zeilensensor, nur dass der TDI-Prozess summativ stattfindet und ein Zeile für Zeile kompiliert wird. (Bild: Teledyne Dalsa)

Die 8k- und 16k-CMOS-TDI-Farbkamera Piranha XL Color ist mit den mehrzeiligen CMOS-Sensoren mit TDI-Technologie ausgestattet und für Highend-/Highspeed-Anwendungen mit kurzen Antwortzeiten optimiert. Mithilfe der aktuellsten CMOS-Sensorarchitektur bestechen die Modelle durch eine hohe Empfindlichkeit bei Farbaufnahmen. Sie nutzen dazu vier Zeilen pro RGB-Kanal, insgesamt also zwölf Zeilen. Der Datendurchsatz liegt bei >3GBps über ein einzelnem CX4-Kabel. Die TDI-Technologie ermöglicht die schnellste Erkennung von vier Zeilen (für Rot, Grün und Blau) mit einer viermal höheren Empfindlichkeit als eine trilineare Einzeilenkamera. Dies ist ideal für präzise Testergebnisse mit niedrigem Rauschen bei Highspeed-Anwendungen, selbst in Umgebungen mit wenig Licht. Darüber hinaus kann die Nutzung von Beleuchtungssystemen dank der hohen Empfindlichkeit deutlich verringert werden, was zu Kosteneinsparungen führt. Die neue Kamera lässt eine Bilderfassung mit 8k oder 16k und einer maximalen Zeilenfrequenz von 70kHz im Vollfarbmodus zu. Dadurch können selbst kleine Details der Testobjekte erkannt werden, selbst bei schwachem Licht oder ungleichmäßig ausgeleuchteten Objekten. Die Folge sind zuverlässigere Testergebnisse und eine höhere Produktqualität. Dank der AOI- und ROI-Fähigkeiten kann die Bilderfassung auf die relevanten Bildbereiche verringert werden. Dies sorgt zudem für eine geringere Datenmenge, die verarbeitet werden muss. Die Camera Link HS-Schnittstelle ermöglicht die Übertragung großer Datenmengen. Die reduzierten relevanten Objektbereiche werden mit höherer Geschwindigkeit aufgezeichnet und die Inspektionszeiten verkürzen sich deutlich.

Kurze Antwortzeiten
Bild: Teledyne Dalsa


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