Bildsensor

Was ist ein Bildsensor?

Ein Bildsensor ist eine Vorrichtung zur Aufnahme von zweidimensionalen Abbildern aus Licht auf elektrischem oder mechanischem Wege.

In den meisten Fällen werden halbleiterbasierte Bildsensoren verwendet, die Licht bis ins mittlere Infrarot aufnehmen können. Es existieren aber auch zweidimensionale Halbleiterdetektoren für die Aufnahme hochenergetischer ionisierender Strahlungsarten wie Röntgen- und Gammastrahlung.

Technische Lösungen zur Aufnahme eines Bildes im sichtbaren Bereich bis zum Infrarotbereich beruhen oft auf zweidimensionalen Anordnungen (Arrays), deren Signale elektronisch ausgelesen werden. Insbesondere bei Infrarot bezeichnet man diese auch als Focal Plane Array (FPA).

Bildaufnahmeröhren und Restlichtverstärker, auch die Mikrokanalplatte dienen der Verstärkung eines Bildsignales oder dessen Umwandlung in sichtbares Licht. Sie werden nicht als Bildsensor bezeichnet, obwohl sie oft wesentliche Merkmale eines solchen haben.

CCD-Sensoren: CCD-Sensoren waren früher in vielen Digitalkameras und professionellen Bildgebungsgeräten weit verbreitet. Sie bestehen aus einer Reihe von lichtempfindlichen Fotodioden, die Licht in elektrische Ladung umwandeln. Diese Ladung wird dann von einem Auslesemechanismus abgetastet und in ein analoges Signal umgewandelt. CCD-Sensoren bieten in der Regel eine hohe Bildqualität und sind empfindlich bei schwachem Licht, haben aber einen höheren Energieverbrauch. 

CMOS-Sensoren: CMOS-Sensoren haben in den letzten Jahren an Popularität gewonnen und sind jetzt in den meisten Digitalkameras und Smartphone-Kameras zu finden. CMOS-Sensoren verwenden einen anderen Ansatz, indem sie für jede Pixelzelle einen eigenen Transistor haben. Dadurch können sie das Bild schneller auslesen und benötigen weniger Energie als CCD-Sensoren. CMOS-Sensoren bieten auch eine gute Bildqualität, haben aber möglicherweise etwas weniger Empfindlichkeit bei schwachem Licht im Vergleich zu CCD-Sensoren. 

 Bildrauschen: Alle Bildsensoren erzeugen ein gewisses Maß an Bildrauschen, was zu einem körnigen oder störenden Effekt auf den Bildern führen kann. Moderne Sensoren und Bildverarbeitungsalgorithmen versuchen, das Rauschen zu minimieren, um eine bessere Bildqualität zu erzielen. 

Dynamikumfang: Der Dynamikumfang eines Sensors beschreibt den Bereich zwischen den dunkelsten und hellsten Bereichen eines Bildes, den er erfassen kann. Ein größerer Dynamikumfang ermöglicht eine detailliertere Darstellung von Schatten und Highlights in einem Bild. 

Sensorgröße: Die physische Größe des Bildsensors beeinflusst ebenfalls die Bildqualität. Größere Sensoren haben in der Regel eine bessere Bildqualität und eine bessere Leistung bei schlechten Lichtverhältnissen.