Подписка

Переход от сенсоров ПЗС на технологию КМОП

01/04/19

Майкл Райек, менеджер по продукту компании Basler AG

raiek

В начале 2015 г. корпорация Sony, крупнейший в мире поставщик ПЗС-сенсоров, объявила о прекращении производства всех выпускаемых сенсоров на базе этой технологии. В результате перед пользователями ПЗC-камер встала задача поиска камеры на замену.

Чтобы избежать проблем при переходе с технологии ПЗС на КМОП, необходимо подобрать подходящий КМОП-сенсор. Поговорим о том, что необходимо учитывать при замене камеры с ПЗС-сенсором низкого разрешения (Sony ICX445, ICX414, ICX618 и др.) на камеру с КМОП-сенсором низкого разрешения (Sony IMX273, IMX287 и др.).

В чем именно разница между ПЗC- и КМОП-сенсорами?

Роль светочувствительного сенсора заключается в захвате света и его преобразовании в электрический сигнал. Технология ПЗС (прибор с зарядовой связью) была впервые представлена на рынке в начале 1970-х гг. Она основана на принципе накопления заряда в светочувствительных конденсаторах "металл – оксид – полупроводник" (МОП). Каждый конденсатор подключен к схеме управления, которая отвечает за передачу аккумулированного заряда на усилитель, где он создает выходное напряжение. Этот аналоговый сигнал затем преобразуется в цифровой. Все собранные данные представляют собой необработанные видеоданные, которые передаются сенсором без дополнительной обработки.

В сенсоре с технологией КМОП (комплементарная структура "металл – оксид – полупроводник") каждый светочувствительный элемент оснащен собственным электрометрическим усилителем. Благодаря этому достигается существенно более высокая скорость передачи данных от сенсора, что означает более высокую скорость съемки камеры. Однако ввиду сокращения светочувствительной площади для размещения электронных компонентов первые КМОП-сенсоры характеризовались гораздо меньшей чувствительностью. С использованием наборов микролинз сегодня эта проблема устранена.

В целом КМОП-сенсоры отличаются большей емкостью насыщения, обеспечивая более широкий динамический диапазон по сравнению с аналогичными ПЗC-сенсорами. Европейская ассоциация машинного зрения (EMVA) разработала международный стандарт для сравнения производительности цифровых камер EMVA1288. Сенсоры IMX273 и IMX287 превосходят свои ПЗC-аналоги, например ICX445, ICX414 или ICX618, особенно в отношении шумовых характеристик.

Когда и почему следует задуматься о переходе?

Чтобы обеспечить готовность к долгосрочной эксплуатации и достаточный уровень поддержки, интеграторам камер рекомендуется выбирать продукты с сенсорами на основе технологии КМОП. Даже если существующая модель сенсора еще не снята с производства, следует задуматься о переходе с технологии ПЗC на КМОП при ответе "да" по крайней мере на один из следующих вопросов:

  1. Необходимо повысить производительность системы за счет увеличения скорости съемки?
  2. Нужно получать изображения более высокого качества даже в условиях недостаточной освещенности?
  3. Возникают артефакты изображения, например видимые границы, вуаль или размытие?
  4. Следует сократить затраты на систему машинного зрения?
  5. Сенсоры с используемой технологией уже сняты или вскоре будут сняты с производства?

Перейти на технологию КМОП можно в любой момент. Чем раньше это будет сделано, тем быстрее будут достигнуты повышение производительности и экономия затрат на камеру.

Какие факторы необходимо учитывать при смене технологии?

Чтобы упростить переход, следует выбирать КМОП-сенсор, оптический формат которого аналогичен формату установленного в камеру ПЗC-сенсора. В зависимости от назначения системы потребуется внести самые минимальные модификации в ее архитектуру. Например, в этом случае можно будет оставить тот же объектив. Помимо оптического формата сенсора необходимо определить, соответствуют ли размеры пикселя и точное положение пикселей стоящим перед системой задачам и целям обработки изображений. К сожалению, не для всех ПЗC-сенсоров можно подобрать равноценную альтернативу (например, ICX618). В такой ситуации, возможно, производитель камеры сможет помочь найти решение.

Процесс перехода еще больше упрощается в том случае, если оставить стандартный интерфейс передачи данных, к примеру Gigabit Ethernet или USB 3.0. Выбор подходящего интерфейса зависит от многих параметров, в том числе от следующих:

  • требуемая длина кабеля;
  • требуемая пропускная способность/частота кадров;
  • количество камер в системе;
  • необходимость подключения P
  • ug and Play.

Если система уже оснащена интерфейсом GigE или USB 3.0, не требуется ничего менять. В случае же, когда существующая камера имеет устаревший интерфейс, такой как FireWire (IEEE 1394), следует всерьез подумать о переходе на новый. По сути, переход на интерфейс GigE приведет к значительному снижению затрат на систему и позволит использовать кабели большей длины – до 100 м.

Как интегрировать современную КМОП-камеру в систему?

Процесс интеграции КМОП-камеры на замену камере с ПЗC-сенсором не настолько сложный, как можно подумать, в особенности если используется стандартное аппаратное и программное обеспечение. Производители камер берут на себя решение всех задач, связанных с интеграцией сенсора, включая оптимизацию качества изображения. Потребуется выполнить только следующие действия:

  1. Рассчитать необходимое разрешение камеры. Оно зависит от того, настолько мелкие детали должны быть различимы на изображении.
  2. Выбрать подходящий интерфейс камеры. Его определяют такие факторы, как длина кабеля, пропускная способность, необходимая скорость съемки (частота кадров) и требование к работе в режиме реального времени, а также характеристики аппаратного обеспечения ПК.
  3. Выбрать объектив и источник света. Если избежать смены формата сенсора невозможно, потребуется подобрать новый объектив с соответствующим полем изображения. Во многих случаях осветительную установку можно оставить без изменений либо, если светочувствительность нового сенсора и прежнего ПЗC-сенсора сопоставима, потребуется внести лишь незначительные коррективы в параметры (программное обеспечение).
  4. Интегрировать камеру в систему с точки зрения ПО и средств управления. Это шаг не должен вызвать сложностей, если камеры отвечают распространенным стандартам, например GenI-Cam, или оснащены интерфейсом в соответствии с USB3 Vision или GigE Vision.

В заключение можно отметить, что переход с ПЗС-сенсоров низкого разрешения на КМОП-сенсоры низкого разрешения, такие как Sony IMX273 или IMX287, является сравнительно простой задачей и будет способствовать повышению производительности системы машинного зрения, а также обеспечит значительное сокращение затрат и готовность к долгосрочной эксплуатации.

Темы:CCTVЭкспертиза

Хотите сотрудничать?

Выберите вариант!

Печатное издание
Интернет-портал
Стать автором