So sánh cảm biến CMOS và cảm biến CCD trong camera công nghiệp

Tại sao cảm biến CMOS vượt trội hơn cảm biến CCD trong lĩnh vực camera công nghiệp

Cảm biến CMOS từ lâu đã bắt kịp hiệu suất của cảm biến CCD và đang phát huy thế mạnh cụ thể của chúng. Cảm biến CMOS ngày nay được kỳ vọng sẽ cung cấp tốc độ khung hình cực cao, chất lượng hình ảnh vượt trội và độ nhạy rất cao.

Hình ảnh 2 loại cảm biến CCD và CMOS

Camera với trang bị cảm biến CCD

Camera với trang bị cảm biến CMOS

So sánh kĩ hơn về các tiêu chí kĩ thuật của cảm biến CMOS và CCD:

• 1. Công nghệ CMOS cũng nổi bật về hiệu suất ở các cường độ ánh sáng khác nhau, mức tiêu thụ năng lượng thấp, tốc độ cao và giá cả cũng tối ưu hơn khi so sánh với công nghệ CCD . Đối với các ứng dụng machine vision, điều này có nghĩa là tốc độ xử lý ảnh sẽ cao hơn đáng kể và chi phí camera cũng như hệ thống machine vision đều giảm mạnh mà không ảnh hưởng đến chất lượng kiểm tra.
• 2. Trước đây, cảm biến CMOS được biết đến là kém hiệu quả hơn trong việc chuyển đổi ánh sáng. Nhưng với sự phát triển của công nghệ, những cải tiến như mảng thấu kính vi mô được tích hợp trên chip đảm bảo rằng cảm biến CMOS ngày nay đạt được độ nhạy tương đương hoặc thậm chí tốt hơn cảm biến CCD.
• 3. Nhờ kiến ​​trúc của chúng, cảm biến CMOS cho phép tốc độ khung hình cao hơn đáng kể. Kết hợp với độ nhạy được cải thiện và công nghệ màn trập Global Shutter từ Ams, Sony và ON Semiconductor, giờ đây bạn có thể chụp một chuỗi ảnh rất nhanh. Điều này dẫn đến làm tăng hiệu suất trong các ứng dụng của bạn - chẳng hạn như nhiều bộ phận được kiểm tra hơn mỗi giây hoặc hình ảnh rõ ràng hơn khiến việc xử lý đơn giản hơn. Cảm biến CMOS thường có công suất lấp đầy (hay dung lượng bão hòa) cao hơn. Dung lượng bão hòa là số lượng điện tử tối đa trên mỗi pixel. Vì vậy, trong khi cảm biến CCD cung cấp ngưỡng độ nhạy tốt hơn, thì cảm biến CMOS có công suất bão hòa tốt hơn.

Thông số kỹ thuật giữa CMOS và CCD

Chúng ta thấy các thông số kỹ thuật giữa CMOS và CCD khác nhau rất rõ ràng:

• - Hiệu suất lượng tử cao hơn (QE) - 64% so với 49% cho thấy việc chuyển đổi photon thành electron của CMOS tốt hơn CCD.
• - Độ sâu pixel (ue.sat:) - 10613 electron (e-) so với 6600 e- . Độ sâu pixel cao hơn có lợi hơn.
• - Dynamic range (DYN)  là tỷ lệ giữa các giá trị lớn nhất và nhỏ nhất mà một số lượng nhất định có thể giả định ta thấy CMOS cao hơn so với CCD
• - Độ nhiễu tối CMOS ít hơn đáng kể so với CCD, chỉ có 2 electron so với 12
• - Trong khi vài năm trước, người ta có thể đã nói một cách hợp lý rằng cảm biến CCD là lựa chọn tốt hơn trong các tình huống ánh sáng yếu, trong khi cảm biến CMOS lại đi trước và vượt trội trong các tình huống ánh sáng mạnh. Tuy nhiên, chất lượng hình ảnh của cảm biến CMOS đã được cải thiện đáng kể vào thời gian gần đây nên chúng cũng rất phù hợp với các tình huống thiếu sáng.

Nhiễu cao trong CCD cho thấy độ tương phản thấp giữa các ký tự trên mạch điện so với CMOS

4. Lợi thế của CMOS trong các tình huống ánh sáng mạnh vẫn còn đó. Khi một pixel CCD bị phơi sáng quá mức, các electron thừa có thể "chui" vào các pixel lân cận. Điều này tạo ra một hiệu ứng được gọi là "nở hoa", trong đó các cấu trúc rất sáng trong hình ảnh chuyển thành các cấu trúc tối hơn. Khi điện tích trên cảm biến CCD được vận chuyển sau khi phơi sáng trong điều kiện ánh sáng quá chói, cảm biến CCD đôi khi tạo ra các dải sáng trên hình ảnh. Những vùng màu trắng này là một phần của hiệu ứng được gọi là "làm mờ", có lẽ dễ dàng xác định nhất khi một chiếc ô tô lái vào ban đêm về phía camera có bật đèn pha. Không có hiệu ứng nào xảy ra với cảm biến CMOS.

CMOS cho phép các vùng sáng không bị chói và các vùng tối hơn nhiễu thấp hơn mang lại độ tương phản tổng thể cao hơn.

Các vết chói sáng thẳng đứng trong CCD được loại bỏ bằng cảm biến CMOS, và qua biểu đồ trên ta thấy độ nhiễu trong CMOS thấp hơn.

• Các máy ảnh mới nhất của hãng Basler được trang bị cảm biến CMOS thậm chí còn có chức năng màn trập global, chẳng hạn như "Pregius" của Sony, "PYTHON" từ ON Semiconductor và "CMV" từ ams. Điều này cũng có nghĩa là sẽ không còn 1 phiên bản camera nào khác mới với trang bị màn chập rolling.

Hầu hêt các camera công nghiệp của Basler được trang bị cảm biến CMOS hoặc dẫn được thay thế từ CCD sang CMOS

Vào tháng 3 năm 2015, Sony đã thông báo rằng họ đã ngừng cung cấp toàn bộ dòng cảm biến CCD của mình. Điều này đặt dấu chấm hết cho sự phát triển của công nghệ dựa trên CCD. Thay vào đó, các cảm biến trong tương lai sẽ dựa trên CMOS. Nói chung, cảm biến CMOS phù hợp với các ứng dụng machine vision về mọi mặt. Chúng hoạt động ở tốc độ cao, độ phân giải cao và cải thiện hiệu suất chống nhiễu.

Kết luận: Cảm biến CMOS rõ ràng vượt trội hơn CCD về nhiều mặt và thông qua bài viết này hy vọng có thể làm bạn bớt bối rối khi không biết nên chọn camera công nghệ CMOS hay CCD trong ứng dụng mahine vision của mình.

MC&TT là nhà phân phối, cung cấp chuyên nghiệp các thiết bị, giải pháp, phần mềm phục vụ cho hệ thống thị giác máy công nghiệp đáng tin cậy, chúng tôi có kiến thức sâu rộng và nhiều năm kinh nghiệm làm việc trong lĩnh vực này.  Nếu bạn có bất cứ thắc mắc nào cần tư vấn về Lens, hay liên lạc ngay với chúng tôi để được tư vấn giải đáp !