Σας δίνουν μια ολοκληρωμένη κατανόηση των βιομηχανικών καμερών

Αισθητήρες εικόνας CCD

Το CCD είναι η συντομογραφία του Charge Coupled Device, ο οποίος είναι ένας από τους πιο ευρέως χρησιμοποιούμενους αισθητήρες εικόνας. Ένας αισθητήρας εικόνας CCD έχει εικονοστοιχεία διατεταγμένα σε κάθετη και οριζόντια μήτρα XY. Κάθε εικονοστοιχείο εικόνας αποτελείται από ένα φωτοδίοδο και μια παρακείμενη περιοχή αποθήκευσης φορτίου που ελέγχεται από αυτό. Τα φωτοδιόδια μετατρέπουν το φως (φωτόνια) σε φορτία (ηλεκτρόνια) και ο συνολικός αριθμός ηλεκτρονίων που συλλέγονται στην περιοχή αποθήκευσης φορτίου είναι ανάλογος με την ένταση του φωτός. Κατά την ανάγνωση αυτών των φορτίων, τα φωτοπαραγόμενα ηλεκτρόνια που συλλέγονται στην περιοχή αποθήκευσης φορτίου κάθε στήλης μετακινούνται στο μητρώο μεταφοράς φορτίου στην κάθετη κατεύθυνση μεταφοράς φορτίου, και στη συνέχεια τα φορτία σε κάθε μητρώο μεταφοράς φορτίου στήλης μετακινούνται γραμμή προς γραμμή στο μητρώο μεταφοράς φορτίου συνολικής γραμμής. Οι πληροφορίες φορτίου κάθε γραμμής στο μητρώο μεταφοράς φορτίου συνολικής γραμμής στη συνέχεια διαβάζονται συνεχώς και οι πληροφορίες εικόνας δημιουργούνται μέσω του ίδιου μετατροπέα φορτίου/τάσης και ενισχυτή. Όταν η ένταση του φωτός δεν είναι πολύ ισχυρή, η απόκριση του αισθητήρα CCD είναι γραμμική. Η περιοχή αποθήκευσης φορτίου στο εικονοστοιχείο CCD μπορεί να αποθηκεύσει όλα τα φωτοφορτία. Αυτό είναι το γραμμικό εύρος. Όταν η ένταση του φωτός συνεχίζει να αυξάνεται, επειδή η περιοχή αποθήκευσης φορτίου έχει αποθηκεύσει πολλά φωτοπαραγόμενα φορτία, το ηλεκτρικό πεδίο που παράγεται από τα φωτοπαραγόμενα φορτία θα εμποδίσει το εικονοστοιχείο να συνεχίσει να συσσωρεύει φορτία γραμμικά, και το CCD εισέρχεται στην περιοχή κορεσμού. Εάν η ένταση του φωτός αυξηθεί περαιτέρω, το πηγάδι δυναμικού αποθήκευσης φορτίου θα γεμίσει με ηλεκτρόνια και τα πλεονάζοντα ηλεκτρόνια θα υπερχειλίσουν. Εάν δεν υπάρχουν ειδικά μέτρα, τα υπερχειλίζοντα ηλεκτρόνια θα εισέλθουν σε παρακείμενα εικονοστοιχεία, προκαλώντας τα παρακείμενα εικονοστοιχεία που αρχικά λειτουργούν στην γραμμική περιοχή να εισέλθουν στην περιοχή κορεσμού μετά τη συλλογή των υπερχειλιζόντων ηλεκτρονίων ή επίσης υπερχειλίζοντας ηλεκτρόνια, προκαλώντας ένα φαινόμενο φωτοστέφανου στην εικόνα, και η ευκρίνεια της εικόνας θα μειωθεί σημαντικά. Η αρχή και η δομή του αισθητήρα εικόνας CCD του δίνουν τα πλεονεκτήματα της υψηλής ευαισθησίας στο φως, χαμηλού θορύβου και υψηλής ποιότητας εικόνας. Γενικά, το δυναμικό εύρος μιας βιομηχανικής κάμερας CCD είναι περίπου 60dB. Ωστόσο, όταν υπάρχουν σημεία ή περιοχές υψηλής φωτεινότητας στην εικόνα, ο αισθητήρας εικόνας CCD έχει "Φαινόμενα "Blooming" και "Smear"" που υποβαθμίζουν σοβαρά την ποιότητα της εικόνας.

Αισθητήρες εικόνας CMOS

Το CMOS είναι η συντομογραφία του Complimentary Metal Oxide Semiconductor. Το CMOS, όπως και οι αισθητήρες CCD, κατασκευάζεται σε υλικό ημιαγωγού Si (πυρίτιο). Η νέα γενιά CMOS χρησιμοποιεί σχεδιασμό ενεργού εικονοστοιχείου. Κάθε εικονοστοιχείο αποτελείται από ένα φωτοδίοδο που μετατρέπει φωτόνια σε ηλεκτρόνια, έναν μετατροπέα φορτίου/τάσης, έναν διακόπτη επαναφοράς και επιλογής, και έναν ενισχυτή κέρδους. Ο αισθητήρας CMOS είναι δομικά διατεταγμένος όπως μια μνήμη υπολογιστή DRAM ή μια οθόνη επίπεδης οθόνης. Το μεταλλικό πλέγμα που καλύπτει ολόκληρο τον αισθητήρα CMOS συνδέει το σήμα ρολογιού, το σήμα ανάγνωσης και το σήμα εξόδου στήλης μεταξύ τους. Ο μετατροπέας φορτίου/τάσης που είναι ενσωματωμένος σε κάθε εικονοστοιχείο του αισθητήρα εικόνας CMOS μετατρέπει το φωτοφορτίο που παράγεται από το εικονοστοιχείο και εξάγει απευθείας ένα σήμα τάσης. Το σήμα διαβάζεται με τρόπο παρόμοιο με την απλή τεχνολογία διευθυνσιοδότησης XY της μνήμης υπολογιστή DRAM. Αυτή η μέθοδος επιτρέπει στο CMOS να διαβάζει το σήμα από ολόκληρη τη διάταξη, μέρος ή ακόμα και ένα μόνο εικονοστοιχείο. Αυτό είναι ακριβώς το ίδιο με το CCD.

Είναι εντελώς διαφορετικό, και είναι κάτι που το CCD δεν μπορεί να κάνει. Επιπλέον, ο ενσωματωμένος μετατροπέας φορτίου/τάσης μετατρέπει το φωτοφορτίο που παράγεται από το φωτοδίοδο σε σήμα τάσης σε πραγματικό χρόνο, το οποίο στην αρχή εξαλείφει τα "Φαινόμενα "Blooming" και "Smear"" και ελαχιστοποιεί την παρεμβολή ισχυρού φωτός σε παρακείμενα εικονοστοιχεία. Στην εφαρμογή της επιτόπιας ποιοτικής επιθεώρησης συγκόλλησης σε πραγματικό χρόνο, η ένταση του φωτός στην περιοχή παρατήρησης του συστήματος μηχανικής όρασης αλλάζει πολύ δραστικά, απαιτώντας το δυναμικό εύρος της κάμερας να είναι όσο το δυνατόν μεγαλύτερο. Σε αυτήν την εφαρμογή, οι κάμερες CCD δεν είναι πολύ κατάλληλες λόγω των φαινομένων "Blooming" και "Smear" που οδηγούν σε υποβάθμιση της ποιότητας της εικόνας και μικρότερο δυναμικό εύρος.