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完美像素:索尼Pregius S像素技术

市场需要兼顾高分辨率和高成像质量的小型面阵扫描相机,JAI为此选择了索尼最新一代的Pregius S系列CMOS图像传感器。

第四代索尼CMOS传感器,是机器视觉应用中最先进的像素技术。

Pregius S camera benefits


我们来详细了解一下...

背照式技术 (BSI)
Pregius S中的 "S "本来代表 "stacked"(意为堆叠),但其实它还能代表“sensitivity & speed”(灵敏度和速度),这正是Pregius S的堆叠设计实现的"。

在传统的图像传感器中,光电二极管上方存在布线和电路,会限制入射光线的入射角度,不能很好地激发光电二极管并让所有像元发挥作用。

而在Pregius S结构中,布线和电路层堆叠在光电二极管下方。您可以理解为将传感器翻过来,通过光电二极管的背面捕捉光线,因此也称为 "背照式技术"(BSI)。绕开布线并将光电二极管靠近微透镜,可以捕捉更大入射角的光线。因此,BSI像素比传统 "正照式技术 "的像素更加敏感。

Backside illuminated sensor concept


索尼在多方面巧妙应用了BSI设计。首先,他们创造的像元尺寸很微小,只有2.74 µm 但在BSI技术加持下,它却具有了大像元才具备的灵敏度。他们还做到了降低噪声,比Pregius前代产品更低(2.1 e-),因而在信噪比、饱和度和整体图像质量方面都取得了长足进步。最后,由于无需在布线区开孔就能使光线到达像元,索尼利用节省的空间设计了一个速度更快的全新传感器接口(SLVS-EC),达成更高的帧率和更强大的信号处理能力。

这些像元设计让新一代的JAI机器视觉相机功能更为强大,可广泛应用于各种视觉系统。

全局快门
索尼的BSI技术之前只适用于配置卷帘快门的传感器。尽管价格实惠的卷帘快门传感器能降低相机成本,但由此制造的相机会使移动物体的图像变 "歪斜 ",无法满足众多机器视觉应用的要求。Pregius S系列融合BSI技术与全局快门技术,使相机能够在各类型的应用中捕捉清晰、不失真的图像,无惧那些涉及大量运动的应用场景。

高分辨率,小光圈
Pregius S传感器支持2.74 µm的像元尺寸,这让相机用更小型的传感器实现更高的分辨率,即每平方毫米的硅具有更多的像素。由于传感器的每百万像素成本更低,最终也降低了相机成本。

Pregius S provides more pixels in same optical circle


这为系统设计者提供了两种选择:

  • 可以通过减少系统所需的相机数量来节约成本。例如,一个需要两台1200万像素相机的检测系统也许只需要一台2400万像素的相机就能满足要求。
  • 也可以保留相同数量的相机,系统的分辨率却能提高一倍,从而实现识别更小的缺陷或检查更大的视域,以此提高系统的价值。

无需更换为F口、M42口或其他大型、重型和昂贵的镜头配置,即可通过小像元实现更高的分辨率。配置Pregius S的JAI相机的分辨率从500万到2400万像素不等,光学格式从1/1.8" 至 1.2"不等。简言之,即使是最高分辨率的机型也可以搭配C口镜头,从而节省了尺寸、重量和成本。

C-mount sensor table
JAI相机中使用的Pregius S传感器

纵横比的选择
Pregius S传感器支持多种纵横比,相机因而能够有效地将现有分辨率应用于各场景,包括:

Pregius S Aspect Ratio Choices

许多机器视觉应用青睐的传统比例是4:3和5:4。在此情况下,常规C口镜头圈的最高质量区域可具备较高的分辨率。

1:1,适用于显微镜应用(医疗和工业)和计量应用。

16:9,适用于高清屏幕,如交通和运输、体育、虚拟现实和一些网格/表面检查应用。

更多传感器功能
如上所述,Pregius S的 "堆叠 "结构节省的空间可用来增加更多电路,从而提升传感器的信号处理功能。这些功能已应用至JAI相机。举两个例子:



梯度压缩
– 对于包含少量极明亮区域的场景,该功能支持用户捕捉完整的12位灰阶变化,但将输出压缩成8位图像,从而降低文件大小。用户可以定义压缩比以及在12位尺度上的压缩起始点。




浮动扩散合并 – 除了在相机的FPGA芯片进行1x2、2x1和2x2合并外,JAI的Pregius S单色相机支持直接在传感器上进行2x2合并。这种 "FD2x2合并 "模式的读出策略是,通过单个浮动扩散节点合并读出四个像素。该策略不仅降低了读出噪声从而获得更高的动态范围和图像质量,而且与基于FPGA的合并模式相比,该模式也显著提高了帧率。

Pregius S传感器的自有性能还支持彩色机型的像素抽样功能、多感兴趣区域(ROI)功能和其他相机功能。

让Pregius S技术为您服务
索尼的Pregius S传感器技术已经应用在JAI精选的机型中, 都是GO-X系列经济实惠又可靠的小型机器视觉相机。目前共有24个搭载Pregius S传感器的型号,其中12个配置CoaXPress接口,12个配置GigE Vision(1000BASE-T)接口。另外还有12个配置GigE Vision 5GBASE-T接口的型号即将上市。


如需了解更多信息,请访问Go-X系列产品网页: www.jai.com/cn/go-x-series

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