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Sensorarten der Kameras für die Bildverarbeitung

Der Sensor einer Digitalkamera wandelt das durch die Optik einfallende Licht in elektronische Signale um. Bei den Bildsensoren gibt es grundlegende Unterschiede. Man unterscheidet hauptsächlich die folgenden Eigenschaften:

• nach Art der lichtempfindlichen Elemente
• nach mechanischem Aufbau
• nach Farb- oder Schwarz-Weiss Sensor

Die lichtempfindlichen Elemente

In der industriellen Bildverarbeitung werden hauptsächlich CCD-Sensoren (Charge Coupled Device), oder CMOS-Sensoren (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Beide Sorten haben ihre spezifischen Eigenschaften. So bietet der CCD-Sensor eine höhere Dynamik, einen erweiterten Empfindlichkeitsbereich auch im nicht sichtbaren Spektrum (nahes IR und UV). Die Vorteile des CMOS-Sensor liegen zum Beispiel in der flexibleren Auslesemöglichkeit bestimmter Bildbereiche (ROI) und der höheren Bildrate.

Der mechanische Aufbau

CCD-Sensoren und CMOS-Sensoren sind sowohl als Flächensensoren, als auch als Zeilensensoren erhältlich.
Die Flächensensoren entsprechen dabei dem grundlegenden Aufbau, wie man ihn auch aus den Consumer-Kameras kennt. Es handelt sich dabei um eine flächige Anordnung von Bildpunkten (Pixeln). Eine typische Anordnung ist beispielsweise 2560 Pixeln für die Bildbreite und 1920 Pixeln für die Bildhöhe, wobei hier die effektiven Pixel gemeint sind. Die Zahl der tatsächlich auf einem solchen Sensor vorhandenen Bildpunkte (Pixel) liegt bei rd. 5 Mio., wovon "nur" rd. 4,9 Mio. für die direkte Bildinformation benutzt werden.
Das Seitenverhältnis der Flächensensoren ist meist 3:4 oder 2:3. Es gibt aber auch davon abweichende Verhältnisse, wie zum Beispiel 1:2, oder 1:1 (quadratisch).
Zeilensensoren verfügen über nur eine Zeile, also einer bestimmten Anzahl von Pixeln nebeneinander. Diese Sensoren bieten zwar kein flächiges Bild, arbeiten aber extrem schnell und sind zum Beispiel für die Kontrolle eines Füllstandes in der Produktion gut geeignet.

Farb- und Schwarz-Weiss Sensoren

In der industriellen Bildverarbeitung werden sowohl Farbsensoren, als auch Schwarz-Weiss-Sensoren eingesetzt. Für die automatische Auswertung von Bildern werden gern SW-Sensoren eingesetzt, weil hier eine hohe Auflösung in den Helligkeitsstufen bis zu 16bit möglich ist. Aber auch die Verwendung von Fabsensoren ist möglich. Hierbei wird jedem einzelnen Pixel des Sensors ein roter, blauer oder grüner Filter vorgesetzt. Werden die Bildinformationen aus 3 Farbbereichen, wird sehr viel mit Schwarz-Weiss- Sensoren gearbeitet.