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CMOS-Bildsensoren für industrielle Anwendungen Pythons fünf Trümpfe

04.10.2018

CMOS-Bildsensoren haben sich längst zum neuen Standard für Bildverarbeitungssysteme gemausert. Doch viele Kunden sind unsicher, welcher Sensor sich am besten für welche Anwendung eignet. Gute Nachrichten: Die Sensorfamilie Python von ON Semiconductor enthält eine breite Palette an Sensoren mit einzigartigen Leistungsmerkmalen und Funktionen, mit deren Hilfe sich alle gängigen Herausforderungen in der Bildverarbeitung umfassend lösen lassen.

Dank der Fortschritte in der CMOS-Technologie haben sich CMOS-Bildsensoren auf breiter Ebene durchgesetzt. Wenn es um die konkrete Implementierung von CMOS-Sensoren in industriellen Anwendungen geht, sprechen fünf gewichtige Gründe für Python-Bildsensoren aus dem Hause ON Semiconductors: ihre sehr gute Bildqualität, ihre hohe Bandbreite, ihre große Flexibilität, das übersichtliche Family-Design und der sehr gute technische Support.

Exzellente Bildqualität

Das wohl wichtigste Kriterium in jeder industriellen Anwendung ist die Qualität des erfassten Bildes. Wenn die Bildqualität nicht ausreicht, ist alles andere irrelevant. In der industriellen Automatisierung oder in Verkehrsanwendungen müssen hohe Bildraten mit kurzen Belichtungszeiten gewährleistet und gleichzeitig sehr genaue Detailprüfungen und -messungen mit hoher Auflösung durchführbar sein. Die Python-Sensorfamilie wurde speziell für Hochgeschwindigkeitsanwendungen und maschinelles Sehen entwickelt. Sie stellt zahlreiche Leistungsmerkmale und Funktionen bereit, mit deren Hilfe sich sehr gute Bildergebnisse erzielen lassen:

  • Das Global-Shutter-Ausleseverfahren ist optimal, um sich bewegende Objekte ohne Artefakte aufzunehmen. Dank ihrer hohen Global-Shutter-Effizienz lassen sich mit den Python-Sensoren schnelle Bewegungen verzerrungsfrei erfassen. Darüber hinaus zeichnen sich die Sensoren durch ein herausragendes Ausleserauschen ab 9 e-, eine hohe Empfindlichkeit von 7,7 V/lxs und schnelle Bildraten von bis zu 815 Bildern pro Sekunde (VGA) aus.

  • Inhärentes statisches Rauschen (Fixed Pattern Noise, FPN), das hauptsächlich durch Abweichungen zwischen der Ansprache der einzelnen Pixel im Pixelarray ausgelöst wird, vermindert die Leistung eines Sensors. Zur Verbesserung der Bildqualität wird bei den Python-Bildsensoren ab 12 Megapixeln eine FPN-Korrektur direkt auf dem Chip ausgeführt.

  • Die patentierte ipCDS-Technologie (In-Pixel Correlated Double Sampling) von ON Semiconductor ermöglicht bei kompakter Pixelgröße eine Global-Shutter-Bildverarbeitung mit korrelierter Doppelabtastung. Dadurch wird das Rauschen reduziert und der Dynamikbereich erweitert. Zudem steht eine exzellente optische Leistung in einer Kombination aus optischen Formaten und Auflösungen zur Verfügung.

Die Pixelabstände der Python-Sensoren sind in Pixelgrößen von 4,5 und 4,8 µm verfügbar. Die Sensoren haben eine hohe Full-Well-Kapazität (bis zu 10.000), ein Signal-Rausch-Verhältnis von 40 dB und eine hohe Dynamik von bis zu 90 dB. Außerdem verfügen sie über eine sehr hohe Pixelempfindlichkeit selbst bei extrem schwacher Beleuchtung. Sensorversionen für den erweiterten Infrarotbereich ermöglichen die Erfassung klarer und rausch-
armer Bilder. Somit ist auch bei hohen Anwendungsanforderungen eine exzellente Bildqualität gewährleistet.

Große Bandbreite wichtig

Für hohe Datenübertragungsgeschwindigkeiten und für maximalen Durchsatz ist eine große Bandbreite als Kombination aus Auflösung und Bildrate wichtig. Insbesondere in der Qualitätsprüfung und der industriellen Inspektion müssen Bilddaten sehr schnell erfasst, übertragen und verarbeitet werden. Die Python-Serie bietet hochauflösende Bildsensoren mit einer Geschwindigkeit, die modernen PC-Schnittstellen wie CoaXPress, 10GigE und USB 3.0 entspricht und diese sogar ausreizt. Ermöglicht wird dies durch eine LVDS-Schnittstelle mit einer großen Bandbreite und 4 bis 32 Kanälen mit einer Gesamtgeschwindigkeit von bis zu 21 Gbps. LVDS ist schneller als 10 GigE
und USB3 Vision, und es erlaubt die Ausnutzung aller vier Kanäle des CoaXPress-Sechserstandards – dem schnellsten Schnittstellenstandard auf dem Markt. In Anwendungen, bei denen es auf maximalen Durchsatz ankommt, nutzen Python-Sensoren die Kameraschnittstelle optimal aus.

Schutzfolie gegen Beschädigung

Die Python-Serie umfasst ein breites Portfolio für verschiedenste Bildverarbeitungs- und Anwendungsanforderungen. Der Kunde kann zwischen Auflösungen von VGA bis zu 25 Megapixeln wählen. Alle Auflösungen sind in Farbe (Bayer), Monochrom oder als Infrarotversion erhältlich. Zusätzlich gibt es für viele der Sensoren eine vorkonfigurierte Version mit verringerter Bildrate und Leistung, die weniger kostet. Um Sensorschäden während der Integration zu vermeiden, gibt es Modelle mit Schutzfolien über dem Deckglas.

Die Python-Sensoren punkten durch ihre zahlreichen Konfigurationsmöglichkeiten, die eine schnelle und flexible Anpassung der Sensoreinstellungen sowie zahlreiche Trigger- und Steuerungsoptionen erlauben. Ein weiterer Pluspunkt ist ihre Eignung für einen äußerst breiten industriellen Temperaturbereich von
–40 bis 85 °C. Die Sensoren verfügen über programmierbare integrierte Verstärker und 10-Bit-A/D-Wandler. Der Schwarzwert des Bildes lässt sich entweder automatisch kalibrieren oder durch Hinzufügen eines vom Benutzer programmierbaren Schwellenwerts anpassen. Dank der vierpoligen SPI-Schnittstelle lassen sich spezifische Regions of Interest (ROI) gezielt auslesen. Es können bis zu
32 ROIs programmiert werden, wodurch sich die mögliche Bildrate nochmals erhöht. Aus diesem vielfältigen Python-Angebot kann der Kunde den für ihn am besten geeigneten Sensor auswählen und diesen passgenau für seine spezifischen Anforderungen konfigurieren.

Family-Design vereinfacht Anpassung

Die Python-Serie wurde als Familie entwickelt: Alle Sensoren besitzen ähnliche Elektronik- und Designvoraussetzungen. Für Kamerahersteller, Systemintegratoren und OEMs ist das Family-Design ein großer Vorteil, da es die Anpassung der Sensoren vereinfacht, die Time-to-Market verkürzt und die Produktverfügbarkeit gegenüber dem Endkunden beschleunigt. Mit der Bereitstellung des einheitlichen Designs für die Bildverarbeitungs-Pipeline und die Lieferkette sinken die Entwicklungs- und Bestandskosten.

Support hilft beim Design

Für die komplette Python-Familie sind Evaluierungsboards (EVB) erhältlich. EVB-Kits können während des Design-in-Prozesses als Referenz genutzt werden, um kurze Entwicklungszyklen und eine schnelle Implementierung zu gewährleisten. EVBs sind wertvolle Hilfsmittel, um die Leistung des Sensors zu verstehen und sicherzustellen, dass der Sensor in der Anwendung wie gewünscht funktioniert. Einstellungen und Register können im Vorfeld geprüft werden.

On Semiconductor stellt eine sehr gut etablierte Lieferkette zur Verfügung. Für die Integration von Python-Sensoren in Anwendungen und Projekte stehen die Branchen- und Produktexperten von Framos mit ihrer großen Sensorkompetenz bereit. Darüber hinaus bietet Framos Dienstleistungen wie Entwicklungsunterstützung, kundenspezifische Anpassung und Logistik an. Dieses breite Dienstleistungsspektrum hilft dem Kunden, sein Projekt möglichst effizient zu gestalten.

Bildergalerie

  • Die Python-Sensoren von ON Semiconductor bieten für die allermeisten Bildverarbeitungsaufgaben eine Lösung.

    Bild: Framos

  • Evaluierungsboards und Dienstleistungsangebote bieten Unterstützung bei der Entwicklung.

    Bild: Framos

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