Kamera-Sensor (CMOS/CCD)

Ein Kamera-Sensor (CMOS oder CCD) ist eine kritische Komponente in einem 3D-Optiksensorkopf, die für die Erfassung von Licht aus der Zielszene verantwortlich ist. Er wandelt einfallende Photonen in elektrische Ladung um, die dann verarbeitet wird, um digitale Bilddaten zu erzeugen. Diese Daten bilden die grundlegende Eingabe für nachfolgende 3D-Rekonstruktionsalgorithmen wie strukturierte Lichtanalyse oder Stereovision und ermöglichen die Messung von Tiefe, Form und Oberflächeneigenschaften von Objekten. Der Sensor besteht typischerweise aus einer Anordnung von Fotodioden auf einem Siliziumsubstrat sowie unterstützenden Schaltungen für Auslese und Verstärkung. Ein schützendes Glasabdeckung schirmt den empfindlichen Bereich vor Umgebungsverunreinigungen ab. Zu den wichtigsten Parametern gehören Auflösung (1–50 MP), optisches Format (1/4–1 Zoll), Pixelgröße (1,0–10 µm), Bildrate (30–240 fps), Dynamikbereich (60–100 dB), Signal-Rausch-Verhältnis (40–60 dB), Versorgungsspannung (1,8–3,3 V DC), Leistungsaufnahme (50–500 mW), Betriebstemperatur (-30–70 °C), Lagertemperatur (-40–85 °C), Schnittstellenoptionen (MIPI, LVDS, parallel), Gehäusetypen (CSP, COB, LCC) und Gewicht (0,5–5 g). Diese Werte sind typische Bereiche und müssen für das spezifische Modell und die Anwendung verifiziert werden. Die Leistung des Sensors beeinflusst direkt die Genauigkeit und Zuverlässigkeit von 3D-Messungen. Bei der Auswahl eines Sensors sind Faktoren wie erforderliche Auflösung, Geschwindigkeit, Lichtempfindlichkeit und Umgebungsbedingungen zu berücksichtigen. Die Schnittstellenkompatibilität mit der Verarbeitungseinheit ist entscheidend. Die Verifizierung modellspezifischer Spezifikationen und die Einhaltung geltender Normen sollten mit dem rechtlichen Hersteller oder Lieferanten bestätigt werden. Wartungssignale umfassen Bildartefakte, defekte Pixel oder verringerte Empfindlichkeit, was auf Sensorverschleiß oder Kontamination hinweisen kann. Fehlergrenzen werden durch die Betriebsgrenzen des Sensors definiert; deren Überschreitung kann dauerhafte Schäden verursachen. Ordnungsgemäße Handhabung und Einhaltung der angegebenen Bedingungen sind für einen zuverlässigen Betrieb erforderlich.

Licht aus der Szene passiert die Linse und das Mikrolinsenarray des Sensors und trifft auf eine Anordnung von Fotodioden (Pixeln). Bei einem CCD-Sensor (Charge-Coupled Device) wird die angesammelte Ladung sequenziell zu einem Ausleseverstärker übertragen. Bei einem CMOS-Sensor (Complementary Metal-Oxide-Semiconductor) hat jedes Pixel typischerweise einen eigenen Verstärker, was ein schnelleres und flexibleres Auslesen ermöglicht. Das elektrische Signal wird dann durch einen Analog-Digital-Wandler (ADC) digitalisiert, um ein digitales Bild zu erzeugen.