Beeldsensor

'n CCD beeldsensor.

'n Beeldsensor is 'n sensor wat die inligting van 'n beeld omskakel na elektroniese seine en oordra na 'n toestel wat die inligting gebruik. Dit kan liggolwe of ander elektromagnetiese straling omskakel na 'n beeld. Beeldsensors kan analoog of digitaal wees en word in elektroniese beeldverwerkingsapparate gebruik soos digitale kameras, mediese beeldtoerusting, nagsig toerusting soos termiese beelde, radar en sonar. Soos wat die tegnologie verbeter, vervang digitale beeldtoerusting analoogtoerusting.

Vroeë analoë sensors vir sigbare lig was video kamera buise. Huidiglik word digitale sensors gebruik soos halfgeleier ladingsgekoppelde toestelle (charged-coupled devices of CCD) of aktiewe pixel sensors in komplementêre metaaloksied halfgeleier (complementary metal-oxide-semiconductor of CMOS) of N-tipe metaaloksied halfgeleier (NMOS en Live NMOS) tegnologieë.

In Februarie 2018 het navorsers by Dartmouth University 'n nuwe beeldsonsor tegnologie aangekondig wat hulle QIS noem, vir Quanta Image Sensor. In plaas van pixels, het die QIS sensor "jots", waar elke jot 'n enkele ligpartikel of foton kan opspoor.

CCD vs CMOS tegnologie

'n Mikrograaf van die hoek van die beeldsensormatriks in 'n digtale kamera.

Meeste klein verbruikersprodukte met kameras gebruik CMOS sensors omdat CMOS sensors kleiner en goedkoper is as CCD's en ook 'n laer kragverbruik het, wat voordelig is wanneer die toestel met batterye aangedryf word. CCD sensors word gebruik vir hoë-kwaliteit beeldsending videokameras. 

Elke sel van 'n CCD sensor is 'n analoogtoestel. Wanneer lig inval op die sensor, skep dit 'n klein elektriese lading in elke sel van die sensor. Die ladings veroorsaak dan klein spannings op elke sel. Hierdie spannings word dan ry-vir-ry versterk en gelees deur 'n verwerker totdat die hele beeld gelees is.

Anders as die paar versterkers in 'n CCD, het 'n CMOS sensor 'n versterker vir elke pixel. Dit veroorsak dat daar minder plek is vir fotons om op die sensor in te val. Hierdie probleem is oorkom deur mikrolense te gebruik voor elke fotodiode, wat lig fokus na die fotodiode. CMOS sensors kan geïmplementeer word met minder komponente, gebruik minder krag en verskaf die beeld vinniger as CCD sensors. 

Werksverrigting

Daar is baie parameters wat kan gebruik word om die werksverrigting van 'n beeldsensor te evalueer. Dit sluit in dinamiese bereik, sein-tot-ruis-verhouding en lae-lig sensitiwiteit. Vir dieselfde tipe sensors, verbeter die sein-tot-ruis-verhouding soos wat die grootte van die sensor toeneem.

Kleurskeiding

Bayer patroon op 'n sensor

Foveon se skema van vertikale filtrering vir kleurskeiding.

Daar is verskeie hooftipes kleur beeldsensors, wat verskil in die hul kleurskeidingssmeganismes:

• Bayer filter sensor. Dit is lae-koste en word mees algemeen gebruik. Dit gebruik 'n kleurfiltermatriks wat rooi, groen en blou lig na sekere pixel sensors deurlaat. Elke individuele sensorelement word sensitief gemaak vir rooi, groen of blou deur 'n kleurgel van 'n chemiese kleurstof wat bo-oor dit gebplaas word en dan as 'n ligfilter optree. Omdat die kleurgel geskei moet word, is minder van die sensor beskikbaar om lig in te neem, wat 'n Bayer filter minder sensitief maak vir lig teenoor ander kleursensors van soortgelyke grootte. Hierdie verlies kan oorkom word deur 'n groter sensor te gebruik, maar dit is duurder. Die algemeenste Bayer filtermatriks bevat twee groen pixels en een elk rooi en blou pixels. Dit lei tot 'n laer resolusie vir rooi en blou, wat ooreenstem met die menslike oog se laer sensitiwiteit by die limiete van die visuele spektrum.
• Foveon X3 sensor gebruik 'n matriks van pixel sensors in lae wat die lig verdeel volgens die inherente golflengte-afhanklike ligabsorpsie van silikon, sodat elke pixel al drie kleurkanale meet. Hierdie metode is soortgelyk aan kleurfilms wat voorheen vir fotografie gebruik is.
• 3CCD gebruik drie diskrete beeldsensors met die kleurverdeling wat uitgevoer word deur 'n dichroïde prisma. Die dichroïde elemente gee 'n skerper kleurverdeling en verbeter dus die kleurkwaliteit. 3CCD sensors gee 'n volledige 4:4:4 sein, wat verkies word in televisie uitsending en videoverwerking.

Spesialiteit sensors

Infrarooi beeld van die Orion Nebula geneem deur die ESO se HAWK-I, 'n kriogeniese wye-veld sensor

Spesiale sensors word gebruik in 'n verskeidenheid toepassings soos termografie, multi-spektrale beelde, gamma kameras,x-strale en ander sensitiewe sensor matrikse in astronomie.

Terwyl algemene digitale kameras 'n plat sensor gebruik, het Sony 'n prototipe ontwikkel van 'n gebuigde sensor in 2014. Die sensor laat 'n korter en kleiner lens toe en verminder die versteurings op die rante van die foto.