{"id":212,"date":"2015-01-14T12:15:00","date_gmt":"2015-01-14T12:15:00","guid":{"rendered":"https:\/\/framos.com\/articles\/framos-editorial-warum-sony-mit-dem-imx174-alles-richtig-gemacht-hat\/"},"modified":"2024-04-24T21:19:50","modified_gmt":"2024-04-24T21:19:50","slug":"framos-editorial-warum-sony-mit-dem-imx174-alles-richtig-gemacht-hat","status":"publish","type":"articles","link":"https:\/\/framos.com\/de\/fachartikel\/framos-editorial-warum-sony-mit-dem-imx174-alles-richtig-gemacht-hat\/","title":{"rendered":"FRAMOS Editorial: Warum Sony mit dem IMX174 alles richtig gemacht hat"},"content":{"rendered":"

Eine pers\u00f6nliche Empfehlung von Darren Bessette<\/h2>\n
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F\u00fcr Kamera-Entwickler und Unternehmen, die sich mit Bildverarbeitung befassen, stehen heutzutage eine Vielzahl von Sensoren zur Auswahl, welche entweder auf CCD- oder CMOS-Technologie basieren und die jeweiligen Vor- und Nachteile mit sich bringen. Mit der Einf\u00fchrung des IMX174 beginnt SONY nun die Linien zwischen diesen Technologien zu verwischen.<\/em><\/strong><\/p>\n<\/blockquote>\n

\"Darren_WebsiteA1JNK4zXW0L5l\"Der IMX174 ist ein 2.3 Megapixel Exmor basierter Global Shutter CMOS-Sensor (Pregius Serie), der mit einer sehr schnellen Bildrate von 164,5 fps bei 10 Bit und 128,2 fps bei 12 Bit arbeiten kann. Die mit 1920×1200 Pixel in HD-Qualit\u00e4t erzeugten Bilder (Seitenverh\u00e4ltnis 16:9), entsprechen von der Gr\u00f6\u00dfe und Bildrate dem Gro\u00dfteil der heute erh\u00e4ltlichen Monitore und Fernsehger\u00e4te. Entgegen dem Trend der mehrheitlich in Mobiltelefonen verwendeten kleinen CMOS-Sensoren, welche in Gr\u00f6\u00dfen von 1\/3\u201c und kleiner verf\u00fcgbar sind und \u00fcber eine 8MP Aufl\u00f6sung mit 1,5\u00b5m Pixeln verf\u00fcgen, hat der IMX174 ein gr\u00f6\u00dferes optisches Format von 1\/1.2″ (13,4 mm) Diagonale mit gr\u00f6\u00dferen quadratischen Pixeln (5,86 \u00b5m). Die Exmor-Technologie, mit ihren tieferen Pixeln und dem verbesserten Rauschverhalten, l\u00e4\u00dft den Sensor selbst unter schwachen Lichtbedingungen sehr gut performen. Das Bildrauschen beim Auslesen des IMX174 liegt mit <5 Elektronen deutlich unter vielen CCD-basierten Sensoren. Daher ist der Sensor ideal f\u00fcr Anwendungen, die sehr empfindlich auf Rauschen oder Bildaddierung reagieren, wie beispielsweise in der Astrofotografie.<\/p>\n

Bei der Aufnahme von Planeten setzen Amateur- ebenso wie Profi-Astronomen auf Kameras, die schnell hintereinander tausende Bilder mit sehr geringem Rauschen aufnehmen k\u00f6nnen. Im Anschluss werden diese Bilder mithilfe von Spezialsoftware zusammengef\u00fcgt um beispielsweise sch\u00f6ne Portr\u00e4ts des Mondes oder von Planeten wie Jupiter zu erhalten, in denen jeder Krater und jeder Berg im sch\u00e4rfsten Detail sichtbar ist. Kombiniert man diese Aufnahmegeschwindigkeit mit einem vollwertigen Global Shutter, erh\u00e4lt man einen Sensor, der es ohne zus\u00e4tzlichen Aufwand erm\u00f6glicht, Objekte in bewegten Szenen stoppen zu k\u00f6nnen. Wenn mit bewegten Objekten, wie Autos auf einer Autobahn gearbeitet wird, sind traditionelle CMOS-Sensoren mit Rolling Shutter (Starvis Serie) nur wenig geeignet. Um diese Sensoren bei Verkehrs-\/ANPR-Anwendungen zu verwenden, muss bei Rolling Shutter Sensoren die Blende optimal zugedreht, eine lange Belichtungszeit eingestellt und dann mit einem Blitzlicht das Auto genau in dem Moment beleuchtet werden, in dem der Shutter vollst\u00e4ndig ge\u00f6ffnet ist. Dabei sieht die Kamera das Auto lediglich w\u00e4hrend dieses kurzen Moments, in welchem der Blitz aktiv ist. Eine Kamera mit Global Shutter beseitigt alle diese komplizierten Einstellungen und zudem k\u00f6nnen die Bilder schneller erfasst werden. Es m\u00fcssen nur noch die passende Blende und der Blitz eingestellt werden, um die richtige Bildhelligkeit zu erhalten. Das Beste daran ist, dass dies bei der vollen Bildrate des Sensors geschehen kann, wodurch mehrere Bilder desselben Fahrzeugs mit verschiedenen Lichtquellen und unter verschiedenen Bedingungen aufgenommen werden k\u00f6nnen. Dadurch kann sichergestellt werden, dass mindestens ein Bild einen guten Blick auf das Nummernschild, die Insassen und die Farbe\/Gr\u00f6\u00dfe des Fahrzeugs liefert.<\/p>\n

Die gro\u00dfe Pixeltiefe dieses Sensors (32.000 Elektronen) in Verbindung mit den 12Bit des Analog-Digital-Wandlers (ADC) f\u00fchren zu einem linearen dynamischen Bereich von 74dB. In der Realit\u00e4t ist das Signal-Rausch-Verh\u00e4ltnis (SNR) sogar n\u00e4her bei 44,8 dB. Dies erm\u00f6glicht, dass fast 7,5 Bit f\u00fcr zus\u00e4tzliche Bildbearbeitung zu Verf\u00fcgung stehen, wenn das Rauschen entnommen wurde. Das ist wirklich exzellent f\u00fcr einen CMOS-Sensor und vorteilhaft f\u00fcr Anwendungen, bei denen die Belichtungszeiten sehr gering gehalten werden m\u00fcssen. Sobald die Integrationszeit zu gro\u00df wird, macht sich normalerweise das Dunkelstromrauschen des Sensors bemerkbar. Die NIR-Reaktion des monochromen IMX174 ist sehr gut und bleibt selbst bei h\u00f6heren Wellenl\u00e4ngen (20% QE bei 890nm) hoch. Damit arbeitet dieser Sensor selbst in heller Umgebung gut. Besonders die Farbtreue sticht hier mit guten Werten hervor. Die tieferen Pixel in Verbindung mit der gro\u00dfen Bit-Tiefe des ADC, machen den IMX174 zur perfekt Wahl, wenn kleinste Farb-Nuancen unterschieden werden sollen.<\/p>\n

Seien wir ehrlich, SONY kennt sich mit Farberkennung aus!<\/h3>\n

Sie verstehen, wie die richtigen Farbpixel-Filter gew\u00e4hlt werden m\u00fcssen, um perfekte Ergebnisse bei der Auftrennung des auf den Sensor auftreffenden Lichts in die RGB Bestandteile zu erhalten. Gesch\u00e4tzt wird dies zum Beispiel in quantitativen Farb-Anwendungen wie der Hellfeldmikroskopie, wo Techniker und \u00c4rzte die tief purpurnen von schwarzen Fl\u00e4chen auf einem H\u00e4matoxylin- und Eosin- (H&E) Fleck in menschlichen Lungengewebeproben unterscheiden m\u00fcssen. Ein weiterer Bereich, in dem CMOS-Sensoren in der Regel schwach sind, sind Anwendungen mit hoher Geschwindigkeit, niedriger Belichtung und geringer Lichtausbeute. Der SONY IMX174 adressiert diese Schw\u00e4che in zweierlei Hinsicht sehr gut. Erstens wird ein gro\u00dfer Verst\u00e4rkungsbereich in dem On-Board ADC bereitgestellt. Die Verst\u00e4rkung wird dadurch in zwei Stufen durchgef\u00fchrt – eine 0-24dB (1-16x) analoge und eine \u00e4hnliche, 0-24dB (1-16x) digitale Verst\u00e4rkung. Bei Kombination beider Verst\u00e4rkungen liefert der Sensor bis zu 48 dB (1-256x) Verst\u00e4rkung um ein dunkles und kurz belichtetes Foto perfekt aufhellen zu k\u00f6nnen. Wenn das nicht genug ist, kann der Sensor in einem Doppelbelichtungsmodus laufen. In diesem Modus k\u00f6nnen zwei Integrationszeiten in den Sensor vorprogrammiert werden wobei der Sensor mit jedem Trigger-Eingang automatisch zwei Bilder bei zwei unterschiedlichen Belichtungswerten aufnimmt. Diese Funktion wird oft verwendet um HDR Bilder zu erstellen (High Dynamic Range) indem beide Bilder zusammengef\u00fchrt werden. Dies erm\u00f6glicht, dass gleichzeitig herausragende Details in den dunklen sowie hellen Bereichen gezeigt werden k\u00f6nnen.<\/p>\n

Auch wenn die Gesamtbildrate in diesem Modus auf die H\u00e4lfte reduziert wird, stellen diese die Bilder einige der besseren heute auf dem Markt verf\u00fcgbaren CCD-Sensoren in den Schatten. Die Gesamtkosten eines Kamerasystems, welches den IMX174 integriert, sind sehr viel geringer als bei einer vergleichbaren CCD basierten L\u00f6sung. Zus\u00e4tzlich bietet ein System mit dem IMX174 h\u00f6here Bildraten. Ein weiterer Vorteil gegen\u00fcber einem vergleichbaren CCD ist, dass mit dem IMX174 bis zu 16 unterschiedliche Bild-Ausschnitte \u00e2\u20ac\u017eRegion of Interest (ROI)\u201c ausgelesen werden k\u00f6nnen. Die meisten Sensoren unterst\u00fctzen lediglich einen ROI und mit Ausnahme einiger F\u00e4lle gibt es keine Erh\u00f6hung der Geschwindigkeit, wenn die Gr\u00f6\u00dfe des Bildes reduziert wird. In diesem Fall kann der Sensor mehrere ROI auf der Sensorebene zuschneiden und nur spezielle Bereiche auslesen, was die Auslesezeit weiter beschleunigt.<\/p>\n

Dieses Vorgehen ist unter anderem in der Fabrikautomation sinnvoll, wo Bauteile auf F\u00f6rderb\u00e4ndern bewegt werden. Beispielsweise kann ein Produkt-Barcode auf einem F\u00f6rderband an bestimmten Stellen im immer gleichen Blickfeld der Kamera entlanglaufen. In diesem Fall kann ein gew\u00fcnschter ROI eingestellt werden wodurch der Sichtbereich eingegrenzt werden kann und die Bildrate der Kamera so erh\u00f6ht wird, dass die Objekte bei gleicher Bildqualit\u00e4t schneller an der Kamera vorbeilaufen k\u00f6nnen. Der Produktionsprozess wird somit insgesamt beschleunigt. In diesem Text wurden nur ein paar Beispiele aufgef\u00fchrt, bei denen dieser Sensor einen erheblichen Vorteil zur Konkurrenz hat. Es gibt viele weitere Einsatzgebiete wo es sinnvoll ist, anstelle eines h\u00f6herpreisigen CCD Sensors, den Sony IMX174 zu integrieren. Nat\u00fcrlich ist der Sensor nicht f\u00fcr jede Anwendung geeignet. Er sollte aber auf jeden Fall f\u00fcr Anwendungen in Betracht gezogen werden, bei denen ein oder mehrere der folgenden Kriterien erforderlich sind:<\/p>\n

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  • Hohe Geschwindigkeit<\/li>\n
  • 2K gro\u00dfe Bildgr\u00f6\u00dfe (Full-HD-Format)<\/li>\n
  • Kamera und \/ oder Zielbewegung<\/li>\n
  • Hochwertige Farbwiedergabe<\/li>\n
  • HDR<\/li>\n
  • Preis-Leistungs-Verh\u00e4ltnis<\/li>\n
  • Multiple ROI<\/li>\n<\/ul>\n

    Wenn die Anwendung mind. eine der oben genannten Anforderungen erf\u00fcllt, empfehlen wir zu pr\u00fcfen, ob der IMX174 der richtige Sensor daf\u00fcr ist. Darren Bessette, Engineering Services Manager bei FRAMOS Technologies Inc.<\/strong> Darren Bessette hat \u00fcber 15 Jahre Erfahrung in der Entwicklung, Produktion und Unterst\u00fctzung von Bildverarbeitungsl\u00f6sungen. Seine Erfahrung umfasst alle Aspekte der Bildverarbeitung, einschlie\u00dflich Software und Hardware-Design, Bildquantifizierung, Kalibrierung, Verarbeitung, Optik und Beleuchtung.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"

    F\u00fcr Kamera-Entwickler und Unternehmen, die sich mit Bildverarbeitung befassen, stehen heutzutage eine Vielzahl von Sensoren zur Auswahl, welche entweder auf CCD- oder CMOS-Technologie basieren und die jeweiligen Vor- und Nachteile mit sich bringen. Mit der Einf\u00fchrung des IMX174 beginnt SONY nun die Linien zwischen diesen Technologien zu verwischen. Eine pers\u00f6nliche Empfehlung von Darren Bessette.<\/p>\n","protected":false},"author":6,"featured_media":214,"comment_status":"closed","ping_status":"closed","template":"","format":"standard","meta":{"_acf_changed":false,"inline_featured_image":false},"article-category":[],"article-tag":[],"class_list":["post-212","articles","type-articles","status-publish","format-standard","has-post-thumbnail","hentry"],"acf":[],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/framos.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/articles\/212","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/framos.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/articles"}],"about":[{"href":"https:\/\/framos.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/articles"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/framos.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/6"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/framos.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=212"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/framos.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media\/214"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/framos.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=212"}],"wp:term":[{"taxonomy":"article-category","embeddable":true,"href":"https:\/\/framos.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/article-category?post=212"},{"taxonomy":"article-tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/framos.com\/de\/wp-json\/wp\/v2\/article-tag?post=212"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}