Bildsensoren

Zusammenfassung

Ein Bildsensor konvertiert ein ”Bild“, d. h. eine räumlich kontinuierlich variierende Bestrahlung, die durch ein optisches System auf die Bildebene fällt, in einen digitalen Datenstrom, der in einem Digitalrechner gespeichert und verarbeitet werden kann. Dies beinhaltet eine ganze Kette von Einzelprozessen (Abb. 6.1):

Konvertierung. Die einfallende Strahlungsenergie wird in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses kann eine elektrische Ladung, ein elektrischer Strom oder eine Spannung sein. Jedes einzelne Element des Bildsensors integriert dabei die Bestrahlung über den lichtempfindlichen Teil seiner Fläche.

Akkumulation. Die erzeugten elektrischen Ladungen oder das generierte elektrische Signal wird über ein gewisses Zeitintervall, die Belichtungszeit t _exp , integriert. Bei vielen Bildsensoren steuert ein externes elektrisches Signal die Belichtungszeit. Diese Eigenschaft wird electronic shutter genannt. Im Idealfall ist der Bildsensor außerhalb der eingestellten Belichtungszeit lichtunempfindlich.

Auslesen. Nach der Belichtung müssen die elektrischen Ladungen bzw. gemittelten Signale ausgelesen werden. Dieser Schritt wandelt das gleichzeitig (parallel) an allen Elementen des Bildsensors aufgenommene Signal in einen seriellen Datenstrom mit einem oder mehreren Kanälen. Diese Datenströme werden dann von einer oder mehreren Prozesseinheiten weiterverarbeitet.

Signalaufbereitung. Schließlich werden die Signale weiter aufbereitet, um Störungen aller Art zu korrigieren und das Signal für die Analog-Digital-Wandlung zu verstärken.

Analog-Digital-Wandlung. Im letzten Schritt werden dann die analogen Spannungen durch einen Analog-Digital-Wandler (ADC) quantisiert, um dann diese digitalen Werte zum Rechner zu übertragen und dort anzuzeigen und/oder zu speichern.