Wie Innovative Bildsensorik Einen Quantensprung Bei

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Wie innovative Bildsensorik einen Quantensprung bei industriellen Kameras auslösen kann! Can CMOS sensors replace CCD sensors? …and how this relates to CCD discontinuation by SONY Pyramid View 2015 Horst A. Mattfeldt Senior Consultant Matrix Vision Major technologies of image sensors 14. May 2008 HMA CCD (＊ ＊1975- 2026) Charge Coupled Device CMOS (＊ ＊1990- ??) Complementary Metal Oxide Semiconductor SONY CCD Discontinuation Sony CCD-Sensoren Abkündigung auf 2025 verschoben! Sehr geehrter Herr XXX, seit Anfang März kursieren uneinheitliche Abkündigungstermine für die Sony CCD-Sensoren. Um unsere Kunden nicht mit unsicheren Terminen zu verwirren, haben wir uns entschieden die Verhandlungen mit Sony abzuwarten, und erst mit einem offiziellen Schreiben von Sony zu informieren. First SONY announcement! Nach nun 3 Monaten hat Sony auf Wunsch der weltweiten Kundenreaktionen ihre ursprüngliche Aussage überarbeitet und erfreulicherweise den Abkündigungstermin auf 2025 verschoben. Durch die Verschiebung hat sich die Situation deutlich entspannt und gibt somit viel Freiraum für zukünftige Neuentwicklungen auf Basis von hochwertigen Sony CMOS-Sensoren. In Kenntnis der Roadmap der kommenden CMOS-Sensoren von Sony können wir ihnen zusichern, dass zeitnah entsprechende Kameras aus unserem Hause mit den unterschiedlichen Schnittstellen (Dual)-Gigabit Ethernet und USB 3.0 zur Verfügung stehen werden. Angelaufene Neuentwicklungen auf Sony CCD-Basis können bedenkenlos fortgeführt werden, solange der Produktlebenszyklus Ihrer Neuentwicklung mit dem Abkündigungstermin im Einklang steht. Hierbei sollte der zukünftige Bedarf unbedingt bei der Ermittlung des Forecast berücksichtigt werden. Darüber hinaus empfehlen wir bei Neuentwicklungen MATRIX VISION CMOS-Kameras als Alternative zu den CCD-Kameras zu prüfen. Unseren aktuellen Kamera-Selektor mit der breiten Palette an Kameras mit Sensoren von OnSemi (Aptina), CMOSIS, e2v und Sony finden sie hier: http://www.matrix-vision.com/kamera-selektor.html Darüber hinaus beraten Sie unsere Experten gerne bei der Auswahl der geeigneten Kamera für Ihre individuelle Anwendung. Die in MATRIX VISION Kameras eingebauten CCD-Sensoren sind laut den aktuellen Informationen bis 2025 verfügbar. • • • • • Sony hat folgenden Ablauf angekündigt: Erster Forecast bis Ende August 2015 an MATRIX VISION Detaillierter, nicht verbindlicher Forecast bis Ende März 2016 Einstellung der Wafer-Produktion Ende März 2017 Letzte verbindliche Bestellung bis Ende März 2025 Letzte Auslieferung der bestellten Gesamtmenge bis Ende März 2026 Für einen reibungslosen Ablauf, bitten wir Sie als nächstes sich mit unserem Vertrieb in Verbindung zu setzen und eine erste Abschätzung für Ihren Bedarf zu ermitteln. Wir bedanken uns bei Ihnen für das bisher entgegengebrachte Vertrauen und sichern Ihnen auch in Zukunft eine kompetente und partnerschaftliche Zusammenarbeit zu. Mit besten Grüßen, Ihr MATRIX VISION Team Falls Sie keinen Newsletter mehr erhalten wollen, können Sie den Newsletter hier abbestellen. MATRIX VISION GmbH | Talstrasse 16 | 71570 Oppenweiler | Tel: +49 - 71 91 - 94 32 - 0 | Fax: - 288 How to qualify a camera? A simple camera model (EMVA1288) Full well capacity Shot noise: µ = σ² How to quantify a camera? The famous photon transfer function: Variance of gray values as a function of gray values • Gradient system gain K • Upper stop Full well • Offset evaluation Dark noise Most important: DNR and SNR Dynamic and SNR can be simply calculated with the above figures by N well N High dynamic requires DNRsensor ~ ~ well N dark nreadout high full well and/or low readout noise Formula 1: Max. Dynamic range of a sensor SNR ~ N well N well ~ N well + N dark N well High SNR requires a high full well (aka a big pixel) Formula 2: Simplified Max. SNR of a sensor Source: Machine Vision handbook Example 1: SONY IMX-174 sensor (mvBlueFOX32024) 1.Nwell ≈ 31900 e- (own measurements according EMVA1288) nreadout ≈ 5,9 e- (own measurements according EMVA1288) Most important: DNR and SNR Dynamic and SNR can be simply calculated with the above figures by DNRsensor ~ N well N ~ well N dark nreadout DNR = 31900 = 5407 = 74,6dB ≈ 12,4bit 5,9 Formula 1: Max. Dynamic range of a sensor SNR ~ N well N well ~ N well + N dark N well SNR = 31900 = 178,5 = 45dB ≈ 7.5bit 31900 + 35 Formula 2: Simplified Max. SNR of a sensor Source: Machine Vision handbook Example 1: SONY IMX-174 sensor (mvBlueFOX32024) 1.Nwell ≈ 31900 e- (own measurements according EMVA1288) nreadout ≈ 5,9 e- (own measurements according EMVA1288) A little break on the Ferris wheel? http://www.illusionen.biz/blog/?page_id=129a Meanwhile we are doing these measures and calculations for all sensors in all camera families… …to create a data bank… Sorting data according to application scenarios… enough light? SNRmax low light? sensitivity threshold rulez Max. dynamic required? Dynmax Scenario: Enough light (SNRmax) The winner is… a VGA- CCD with 9.9µ x9,9µ pixel size …followed by SONYs IMX with 5.8µ pixel structure Seeing is believing. Scenario: low light (photons/µm2) The winner is… SONY IMX …followed by Aptina rolling shutter sensor Scenario: max dynamic The winner is… SONY IMX …followed by VGA- CCD with 9.9µ x9,9µ pixel size …followed by Aptina rolling shutter sensor Other important criteria? Fixed pattern structured (DSNU) noise which can be an issue with CMOS (more than with CCD) But it isn’t with Pregius (left: CMV-2000; right: IMX-250 3.45µ pixel) Other important criteria? Last but not least: Shutter efficiency or parasitic light sensitivity needs to be evaluated. (This is not measured so far by EMVA1288) Ideal shutter off on off Real 99,x% off on 99,x % off Other important criteria? Last but not least: Shutter efficiency or parasitic light sensitivity needs to be evaluated. (This is not measured so far by EMVA1288) Manufacturer Aptina E2V CMOSIS SONY SONY SONY Type M021 76C560 CMV2000 IMX174 ICX445 ICX674 CMOS CMOS CMOS CMOS CCD CCD 5,3µ 5,5µ 5,9µ off 3,75µ 4,5µ 5? 5 8 6-7? na na Resolution (H X V) 1280 x 960 1280 x 1024 2048 x 1088 1920 x 1214 1280 x 960 1936 x 1460 Full well 5300e 9600e 9800e 32000e 9600e 9200e Dynamic 55dB 53dB (GS) 57dB 73,5dB 61dB 56dB SNR 37dB 40dB 40dB 45dB 40dB 40dB Dark noise 8 e- 21 e- 13 e- 6 e- PLS* 1:<300 1:3000** 1:50000 Frame rate 45 60 Relative price*** 1 2,5 Ideal Pixel size shutter Trans./pixel* Technology 3,75µ off Real 99,x% off on on 99,x % off 7,7 e- 14 e- 1:48000 Smear? Smear? 340 164 22/31 64 10 9 2 22 Next in the SONY pipeline… Three additional pixel sizes: 6.9µ; 4.2µ; 8.5µ to cover the lower resolution discontinued CCd’s at an even better performance Rolling/Global Shutter (arte)-facts Seeing is believing. Sources: Wikipedia; Bundesarchiv Bild 183, Aptina, OnSemi Rolling/Global Shutter (arte)-facts Seeing is believing. Sources: Wikipedia; Bundesarchiv Bild 183, Aptina, OnSemi Summary Can CMOS replace CCD? In most machine vision application it is a clear MV+ SONY IMX-174/249 • Matrix Vision Roadmap with these sensors: – BC-XD104d (IMX174): shipping; BC-XD104h/105a: Q1/2016 – BC-X104f ((IMX-249): shipping) – BF3-2024: (shipping; 2024a Q2/2015) – BF3-2032/51: Q1/2016