CMOS

Was ist ein CMOS-Bildsensor?

Der CMOS-Sensor ist ein Bildsensor, der in Digitalkameras und Camcordern eingesetzt wird. CMOS-Sensoren sind lichtempfindliche Bauteile, die das auf sie fallende Licht in Spannungen umsetzen.

Was die spezifischen Daten wie die spektrale Lichtempfindlichkeit, Pixelzahl, Auslesegeschwindigkeit, Chipgröße, das Bildrauschen oder den mit dem Bildrauschen in Zusammenhang stehenden Dynamikbereich betrifft, so wurden diese Werte im Laufe der Entwicklung wesentlich verbessert und sind qualitativ durchaus vergleichbar oder teilweise besser als die von CCD-Sensoren. CMOS-Sensoren können kompakter und preiswerter produziert werden. Die Auflösung von CMOS-Sensoren liegt bei bis zu zehn Megapixel (MP) und darüber. Da jeder Pixel direkt adressierbar ist, ist das Pixel-Binning einfacher und das Auslesen wesentlich fexibler und schneller. Es können sogar Teilbilder partiell ausgelesen werden. Außerdem ist die Leistungsaufnahme wesentlich geringer und das Blooming begrenzt. In die in CMOS-Technologie gefertigten Bildsensoren können zudem weitere Funktionseinheiten wie Belichtungskontrolle und AD-Wandler integriert werden.

Wie andere Bildsensoren auch, kann der CMOS-Sensor nur hell und dunkel unterscheiden, nicht aber die Farben. Die Farberkennung kann nur über vorgeschaltete Farbfilter erfolgen, die das Licht in seine Primärfarben Rot (R), Grün (G) und Blau (B) aufteilen.

Bildsensoren haben vereinheitlichte Formate, die in Inch angegeben werden und sich auf die Sensordiagonale beziehen. Standardformate liegen zwischen 1/2,7" mit einer Diagonalen von 5,9 mm und 4/3" mit einer solchen von 21,3 mm. Neben den kleinformatigen Bildsensoren gibt es auch großformatige Bildsensoren im APS-Format mit einer Größe von 23 mm x 15 mm und im Vollformat, das dem Kleinbildformat mit 36 mm x 24 mm entspricht. Es ist allerdings darauf zu achten, dass die Berechnungsgrundlage für ein Inch nicht 25,4 mm ist, sondern 16,8 mm. Das hat historische Gründe und hängt mit den früheren Größenangaben für Bildaufnahmeröhren zusammen.

Vorteile von CMOS: CMOS-Sensoren bieten mehrere Vorteile gegenüber älteren CCD (Charge-Coupled Device) -Sensoren. Sie sind in der Regel kostengünstiger herzustellen, energieeffizienter und ermöglichen eine schnellere Auslesung und Verarbeitung von Bildern. Dies hat dazu geführt, dass CMOS-Sensoren in vielen Anwendungen die bevorzugte Wahl geworden sind. 

Bildqualität: CMOS-Sensoren bieten in der Regel eine gute Bildqualität, und moderne Kameras mit CMOS-Sensoren sind in der Lage, hochauflösende Bilder mit guter Farbwiedergabe und Dynamikumfang zu erzeugen. 

Megapixel und Pixelgröße: Die Auflösung eines CMOS-Sensors wird oft in Megapixeln angegeben. Eine höhere Megapixel-Zahl bedeutet mehr Bildpunkte und potenziell höhere Bildauflösung. Allerdings kann eine zu hohe Megapixel-Zahl bei gleichbleibender Sensorgröße zu kleineren Pixeln führen, die weniger Licht einfangen und damit zu schlechterer Bildqualität bei schlechten Lichtverhältnissen führen können. 

Rolling Shutter vs. Global Shutter: Einige CMOS-Sensoren verwenden einen "Rolling Shutter", bei dem die Zeilen nacheinander ausgelesen werden, was zu verzerrten Bildern führen kann, wenn sich das Motiv schnell bewegt. Andere Sensoren verwenden einen "Global Shutter", der das gesamte Bild gleichzeitig erfasst und solche Verzerrungen vermeidet.