Der neue IMX900 von Sony eignet sich hervorragend für Hochgeschwindigkeitsanwendungen

Sony Semiconductor Solutions hat kürzlich einen neuen Global Shutter-Sensor vorgestellt, der auf der Pregius S™-Technologie und einer einzigartigen neuen Pixelarchitektur basiert. Bevor wir darauf eingehen, was diesen Sensor so besonders macht, lassen Sie uns erörtern, was Pregius S™ ist, das die Grundlage dafür bildet, dass dieser Sensor so gut abschneidet.

Die Pregius S™ Technologie nutzt die jahrzehntelange Erfahrung von Sony in der Herstellung hochwertiger CCD-basierter Sensoren, um fantastische CMOS-basierte Sensoren mit sehr geringem Rauschen zu produzieren. Diese Global-Shutter-Sensoren eignen sich hervorragend für Hochgeschwindigkeits- und Präzisionsanwendungen wie die Automatisierung von Fließbändern in Fabriken, den Verkehr und die Sportanalytik, um nur einige zu nennen. Dann wird der Chip auf den Kopf gestellt, um die Pixelanordnung näher am einfallenden Licht zu platzieren. So entsteht eine ausgeprägte, von hinten beleuchtete Struktur, die kleinere Pixelgrößen und schnellere Bildraten ermöglicht. Um das Ganze noch kompakter zu machen, stapeln sie die Fotodioden über den Pixel- und Signalverarbeitungsschaltungen. Dies ermöglicht größere Pixelarrays, die in kleinere optische Formate passen. All diese Faktoren haben zu einer Reihe von Global-Shutter-Sensoren geführt, die qualitativ hochwertige, rauscharme Bilder mit hoher Auflösung und sehr hohen Bildraten zu geringeren Kosten für Kamerahersteller und -nutzer liefern.

Dieser Imager nutzt seine tieferen Pixel-Wells, um höhere Sättigungswerte mit einer Kapazität von etwa 10ke- full well und eine bessere Leistung im nahen IR-Licht dank einer dickeren Fotodiode zu erreichen. In Kombination mit den Änderungen an der Pixelarchitektur ergeben sich dramatische Verbesserungen bei der Quanteneffizienz und der parasitären Lichtempfindlichkeit in Kameras, die mit diesem Gerät gebaut wurden.

Eine verbesserte Abhängigkeit vom Lichteinfallswinkel vereinfacht die Objektivauswahl oder ermöglicht eine größere Blendenöffnung, um die auf den Sensor treffende Lichtmenge deutlich zu erhöhen. Wenn Sie beispielsweise das Objektiv um eine Blende verkleinern, verdoppelt sich die Lichtmenge, die auf die Kamera trifft, so dass die Verschlusszeit halbiert werden kann, wodurch sich die Ausgabebildrate (FPS) verdoppelt. Alternativ kann eine viel bessere Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen erzielt werden, ohne zu einer kürzeren Verschlusszeit zu wechseln.

IMX900 Sensor: Verbessert für Fabrikautomation, AGVs und Hochgeschwindigkeitsaufnahmen

Der IMX900 wurde für die Bereiche Fabrikautomation, FTS/AMR und Barcode-Lesen entwickelt. Dieser 3,2-MP-Imager vom Typ 1/3.1 ist sowohl in Farbe als auch in Schwarzweiß erhältlich und passt zu jedem 1/3″- oder S-Mount (M12)-Objektiv. Der Sensor unterstützt Bildraten von bis zu 120 fps, eine höhere Auflösung und eine doppelt so hohe Bildrate wie der IMX296 der vorherigen Generation. Dadurch bleibt das Kameradesign kompakt, was ideal für Handheld-Anwendungen ist. Darüber hinaus können zusätzliche Funktionen genutzt werden, um die Nachbearbeitung weiter zu reduzieren.

• Die On Chip Fast AE (Auto Exposure) Funktion versetzt den Sensor in einen sehr schnellen Bildfrequenzmodus, um die Berechnung der Bildintensität zu beschleunigen, so dass präzise Belichtungswerte eingestellt werden können, um die gewünschte Bildintensität zu bestimmen. In diesem Modus unterteilt der Sensor die Auflösung um 1/10 seiner Höhe, um Bilder 10x schneller aufzunehmen, wobei die Analyse der Lichtintensität auf dem Sensor durchgeführt wird. Sobald ein endgültiger Belichtungswert erreicht ist, kehrt der Sensor in den Vollbildmodus zurück, um die endgültigen Bilder aufzunehmen. Diese Funktion verkürzt die Zeit, die benötigt wird, um die Gesamtintensität des Bildes zu bestimmen und die Belichtungsanpassungen abzuschließen, um gut ausgeleuchtete Endbilder zu erhalten. Da die Belichtung auf dem Sensor erfolgt, ist die Host-Plattform nicht in komplexe Berechnungen involviert, so dass alle verfügbaren Rechenressourcen für die Bildverarbeitung genutzt werden können. On-Chip-AE kann bei Bedarf aktiviert werden oder frei laufen. So kann zum Beispiel die Kamera eines autonomen Fahrzeugs ihre Belichtung sehr schnell anpassen, um wechselndes Umgebungslicht zu kompensieren.
• Die Funktion Quad Shutter Mode ermöglicht die individuelle Einstellung des Beginns der Belichtung und der Integrationszeit für jedes Quad-Pixel einer 2×2-Einheit innerhalb der Aufnahmezeit jedes Bildes. Dies ermöglicht entweder 4 verschiedene Bilder, die jeweils einen anderen Belichtungswert haben, oder den Farbabgleich (z.B. Weißabgleich) der Kamera unter Verwendung der Belichtungszeiten anstelle von oder zusätzlich zu den Farbverstärkungen des Sensors. Ein interessanter Anwendungsfall für Quad Shutter sind Anwendungen für Ultra-Hochgeschwindigkeitsaufnahmen, die die Aufnahme von 4 Bildern mit bis zu 100.000 Bildern pro Sekunde ermöglichen.

• Die Funktion Quad HDR Mode nutzt den Quad Shutter Mode, um individuelle Belichtungszeiten für die Pixel innerhalb der 2×2-Einheiten einzustellen und so bis zu 4 verschiedene Intensitäten für die aufgenommenen Bilder zu erhalten. Von dort aus können Anwendungen diese Werte überprüfen und neue Werte interpolieren, um Bilder mit hohem Dynamikbereich (HDR) für schwierige Lichtverhältnisse zu erzeugen. Für diese Pixel können kurze und lange Belichtungszeiten eingestellt werden, um die Extraktion von Informationen sowohl in den dunklen als auch in den hellen Bereichen in einer Aufnahme zu ermöglichen, ohne dass es zu zeitlichen Verzögerungsfehlern kommt – ein häufiges Problem bei anderen HDR-Algorithmen, die auf mehreren Bildern basieren. Dies verbessert nicht nur die Bildleistung, sondern beschleunigt auch die Bildaufnahme, da nur 1 Bild zur Berechnung des resultierenden HDR-Bildes benötigt wird.

IMX900 Pixel Architektur

Angesichts all dieser neuen Fortschritte ist es leicht zu erkennen, dass die IMX900-Pixelarchitektur die Entwicklung von Imaging-Systemen revolutionieren, neue Anwendungen erschließen und bestehende Implementierungen drastisch verbessern wird. Sie können davon ausgehen, dass eine neue Reihe von Sensoren auf dieser Technologie basieren und den Bereich der verfügbaren Auflösungen weiter ausdehnen wird, so dass mit kleineren, konventionellen Objektiven und Mikrolinsen viel größere Bildgrößen möglich sind. Dies wiederum wird die Kameradesigns miniaturisieren und gleichzeitig die Stückkosten weiter senken, so dass sie sich besser für kleine, leichte IoT- und Drohnenanwendungen sowie für eingebettete Systeme eignen, die Bilder mit hoher Auflösung und hoher Geschwindigkeit benötigen.