Bildsensor
En bildsensor är en anordning för inspelning av tvådimensionella bilder från ljus med elektriska eller mekaniska medel. I de flesta fall, halvledarbaserade bildsensorer används som kan plocka upp ljus i mitten infrarött . Det finns emellertid också tvådimensionella halvledardetektorer för att registrera joniserande strålningstyper med hög energi såsom röntgen- och gammastrålning .
Tekniska lösningar för inspelning av en bild inom det synliga området upp till det infraröda området baseras ofta på tvådimensionella arrangemang (arrays) vars signaler läses ut elektroniskt . I synnerhet när det gäller infraröd är detta också känt som en focal plane array (FPA).
Design
Exempel på bildsensorer inom det synliga området och inom det nära infraröda området :
- Kiselsensorer har relativt lite bildbrus , vilket eventuellt kan minskas ytterligare genom att använda svart kisel .
- CCD-sensor , med filterhjul eller färgkänsliga sensorer ( störningsfilter per pixel , se Bayer-sensor ) också för färgbilder
- Active Pixel Sensor (APS), baserad på CMOS- teknik, med färgkänsliga sensorer som ligger bredvid eller ovanpå varandra (se Foveon X3 ) också för färgbilder
- Vidicon rör
- Ikonoskop
Exempel på bildsensorer för andra spektralområden :
- Nipkow-skiva (historiskt för ljus, men kan också användas för andra typer av strålning)
- Microbolometer array (mitt till långt infraröd, i astronomi , i värmekameror och referenssystem )
- Pyroelektrisk matris (mitten till långt infraröd)
- Fokalplanmatriser baserade på fotodioder tillverkade av kvicksilver-kadmium-tellurid , för värmekameror och målsökningssystem inom mitten av det infraröda området ( våglängd : 3,5-5 µm)
Bildupptagningsrör och kvarvarande ljusförstärkare , inklusive mikrokanalplattan, tjänar till att förstärka en bildsignal eller omvandla den till synligt ljus . De kallas inte en bildsensor , även om de ofta har väsentliga egenskaper hos en.
Kiselsensorer
CCD-sensorer
CCD-sensorer är ljuskänsliga elektroniska komponenter baserat på den interna fotoeffekten .
Ursprungligen utvecklades CCD-sensorer för datalagring . Det märktes dock snabbt att dessa komponenter är ljuskänsliga och att det är jämförelsevis enkelt att få en tvådimensionell bild. Tvådimensionella CCD-array-sensorer används i videokameror och digitalkameror , som bildsensorer i astronomi och satellit fjärranalys , i spektrometrar och skannrar . Aktiva pixelsensorer , å andra sidan, finns vanligtvis i kamerorna på smartphones och surfplattor .
Bayer-sensor
En Bayer-sensor är en fotosensor som - liknar ett schackbräde - är täckt med ett färgfilter , som vanligtvis består av 50% grönt och 25% vardera av rött och blått. Grönt är privilegierat i områdesallokeringen och därmed i upplösningsförmågan, eftersom den gröna komponenten i gråtoner bidrar mest till uppfattningen av ljusstyrka och därmed också till uppfattningen av kontrast och skärpa : 72% av uppfattningen om ljusstyrka och kontrast består av gråtoner orsakade av deras gröna komponent, å andra sidan bidrar rött bara med 21% och blått bara 7%. Dessutom är grön, som mittfärgen i färgspektrumet , den som linser vanligtvis ger högsta skärpa och upplösning . Nästan alla vanliga bildsensorer i digitala fotokameror och filmkameror fungerar enligt detta Bayer-matrixkoncept .
Aktiv pixelsensor
En aktiv pixelsensor (APS) är en halvledardetektor för mätning av ljus som tillverkas med CMOS- teknik och kallas därför ofta en CMOS-sensor. Till skillnad från Passive Pixel Sensor (PPS), som också tillverkas med CMOS-teknik , innehåller varje bildelement en förstärkarkrets för läsning av signaler . Med hjälp av CMOS-teknik är det möjligt att integrera ytterligare funktioner i sensorchipet, som exponeringskontroll, kontrastkorrigering eller den analog-digitala omvandlaren . Du kan hitta CMOS-sensorer i smartphones och vissa digitalkameror , medan konkurrerande teknik, CCD-sensorer, är inbyggd i videokameror och andra digitalkameror.
Nanosensorer
Dessa är speciella, mycket små sensorer för att skanna små bilder med hög upplösning , såsom elektroniska ljusmikroskop eller refraktiometrar med följande egenskaper:
- Mycket liten pixelstorlek
- Hög optisk upplösning
- Låg känslighet
- Låg dynamik
Röntgensensorer
Dessa är detektorer för digitala röntgenstrålar ( TFA-sensor ) försedda med ett strålningskänsligt skikt med följande egenskaper:
- Hög pixelstorlek
- Låg optisk upplösning
- Hög känslighet
- Medium dynamisk
Digital fotografering
Sensorstorlekar och format
Grafiken till höger visar vanliga sensorstorlekar som används i digital video- och fotokameror . Om sensorerna i medelformat bortses från, kan en 56-faldig skillnad i storlek i förhållande till sensorytan ses mellan de minsta och största sensorerna som används i kompakta reflexkameror med en lins. Denna skillnad är en av flera faktorer som påverkar bildkvaliteten och ljuskänsligheten. Den största bildsensorn som byggdes 2018 har en effektiv storlek på 205 mm × 202 mm. Priset för sensorchipsen ökar vanligtvis oproportionerligt till sensorområdet.
formatera | Skärmdiagonal |
---|---|
Micro-Four-Thirds och Four-Thirds | 21,633 mm |
APS-C och DX | 27-28 mm |
FX (fullformat) | 43,267 mm |
Tumsbeteckningarna i intilliggande grafik är inte längre direkt relaterade till tumdimensionen. Måtten är baserade på vidicon-rörets egenskaper .
Bildupplösning och pixelarrangemang
I digital fotografering ges det avrundade totala antalet pixlar i megapixlar som en guide för den teoretiskt uppnådda upplösningen . Den faktiska upplösningen beror dock på många faktorer - antalet pixlar i sig gör det inte möjligt att dra några slutsatser om kvaliteten. I början var det nästan bara bildförhållandet 4: 3, men nu finns också 3: 2-formatet i det klassiska 35 mm-formatet och kameramodeller med 16: 9-format alltmer tillgängliga .
Se även
webb-länkar
- Walter Preiss: Sensorteknik .
- Henner Helmers: Allt om kamerasensorer .