Çalışma Prensibi
Fotoelektrik etki ile çalışan görüntü sensörleri, fotonları elektrik yüküne dönüştürür. CCD sensörlerden (Charge-Coupled Device) farklı olarak, CMOS sensörler (Complementary Metal-Oxide Semiconductor) yükü piksellerde doğrudan voltaja dönüştürür. Voltaj amplifikasyonu ve sayısallaştırma, çıkış dijital değerini oluşturur.
Günümüz CMOS sensörleri yüksek kare hızları ve olağanüstü görüntü kalitesiyle öne çıkar. Yüksek performanslı endüstriyel kameralarda hassas görüntü değerlendirmesi sağlarlar. Çoğu uygulamada, CCD sensörler gelişen teknoloji ile yerini CMOS sensörlere bırakmıştır.
Aşağıdaki illüstrasyon, CMOS sensörlerin temel işlevlerini ve ana özelliklerini açıklar.
1. Tam Kuyulu Kapasite [e–] ve Doyma Kapasitesi [e–]: Bir pikseli bir kuyu olarak düşünün ve tam kuyulu kapasiteyi bu kuyuya depolanabilecek maksimum elektron sayısı olarak değerlendirin. Doyma kapasitesi, kameranın karakterizasyonu için farklı ölçülür ve genellikle tam kuyulu kapasiteden küçüktür. Yüksek doyma kapasitesi daha uzun pozlama sürelerine izin verir.
2. Mutlak Hassasiyet Eşiği (AST) [e–]: Kameranın gürültüden yararlı görüntü bilgisini ayırt edebildiği en düşük foton sayısını tanımlar. Düşük AST, kameranın daha hassas olduğu anlamına gelir.
3. Geçici Karanlık Gürültü [e–]: Sensör aydınlatılmadığında bile her piksel bir (karanlık) sinyal gösterir. Bu karanlık sinyal zamanla ve sıcaklıkla artar ve karanlık gürültü olarak adlandırılır. Düşük karanlık gürültü çoğu uygulama için tercih edilir.
4. Dinamik Aralık [dB]: Doyma ışınımı ile minimum tespit edilebilir ışınım arasındaki oranı ifade eder. Yüksek dinamik aralığa sahip kameralar, tek bir görüntüde karanlık ve parlak alanlar için daha detaylı bilgi sağlar.
5. Kuantum Verimliliği [%]: Görüntü sensörleri fotonları elektronlara dönüştürür. Dönüşüm oranı, kuantum verimliliği (QE), dalga boyuna bağlıdır. Daha fazla foton elektrona dönüştürüldüğünde, sensör ışığa daha hassas hale gelir ve görüntüden daha fazla bilgi elde edilebilir.
6. Maksimum Sinyal-Gürültü Oranı (SNRmax) [dB]: Sinyal-gürültü oranı (SNR), gri değer (karanlık değer için düzeltilmiş) ile sinyal gürültüsü arasındaki oranı ifade eder. SNR, foton sayısıyla artar. Maksimum SNR, doyma ışınımında (saturation irradiance) elde edilir.
7. K-Faktörü (Dijital Numara DN/e–): Bir kamera, görüntü sensöründen gelen elektronları (e–) dijital numaralara (DN) dönüştürür. Bu dönüşüm, sistem kazancı K ile tanımlanır. K elektronları, gri seviyeyi 1 DN artırmak için gereklidir. K-Faktörü kamera tasarımına bağlıdır ve biraz artırılması, doyma kapasitesi pahasına doğruluğu iyileştirebilir.
Performans İncelemesi ve Kıyaslama
Kamera üreticileri arasında karşılaştırılabilir performansı teşvik etmek amacıyla, Avrupa Makine Görüşü Birliği (EMVA) tarafından oluşturulan EMVA Standardı 1288, endüstriyel görüntü işleminde görüntü sensörleri ve kameralar için uniform, objektif ölçüm ve sınıflandırma yöntemlerini tanımlar.
