Die Loglux-Technologie
Die Idee

Der typische Sensor moderner Kameras basiert auf der CCD-Technologie. Abb. 1(a) zeigt dessen vereinfachtes Grundprinzip. Ein Fotonenstrom erzeugt Ladung, die über einen bestimmten Zeitraum gesammelt wird. Ein elektronischer Shutter legt diese Belichtungszeit fest. Im Gegensatz dazu basieren CMOS-Sensoren auf fotoempfindlichen, mit einem Widerstand in Serie geschalteten Dioden (Abb. 1(b)). Es liegt also eine kontinuierliche Wandlung des Fotonenstroms in eine Ausgangsspannung vor. Ein CMOS-Bildsensor ist also - bildlich gesprochen - eine Matrix aus Belichtungsmessern.
Eigenschaften
Die Eigenschaften von CMOS-Sensoren/Kameras unterscheiden sich deutlich von denen der bekannten CCD-Sensoren/Kameras:

Wahlfreier Zugriff: Da sich die "Umwandlung" von Fotonen in Elektronen kontinuierlich vollzieht, sind die Pixel eines CMOS-Sensors in beliebiger Reihenfolge und zu beliebiger Zeit zugreifbar (Abb. 2). Entsprechend aufgebaute Kameras verhalten sich also wie ein RAM. Speist man sie mit einer Adresse (in Form eines Spalten- und Zeilen-Indexes), erhält man augenblicklich das korrespondierende Datum (also den Grauwert). Die Verbindung zwischen einer Anwendungs-Software und einem CMOS-Sensor ist also ausserordentlich eng.

Im Gegensatz dazu basieren bisher gebräuchliche CCD-Kameras auf einem Video-Standard (z.B. CCIR oder EIA), der uns einen analogen Datenstrom von 50 (EIA 60) Halbbildern pro Sekunde aufzwingt. Das Resultat ist eine sehr lose Kopplung zwischen Anwendungs-Software und Sensor.
Hohe Datenrate: Der wahlfreie Zugriff auf Pixel bedeutet, dass wir nicht länger in Bildern pro Sekunde denken müssen. Entscheidend ist vielmehr die Pixel-Frequenz und die Anzahl der ausgewählten Pixel. Mit einem Pixel-Takt von 16 MHz und einem Bildausschnitt von 512 x 256 Pixeln erhalten wir 120 Vollbilder pro Sekunde. Bei Eingrenzung des Bildfeldes auf beispielsweise 128 x 128 Pixel erhalten wir 1000 Bilder pro Sekunde.

Sehr hohe Dynamik: Auf Grund spezieller Eigenschaften der CMOS-Struktur ist der Umwandlungsprozess von Fotonen in Elektronen nicht-linear. Die in den LOGLUX-Kameras verwendeten CMOS-Sensoren weisen eine Dynamik von weit mehr als 6 Dekaden auf (Der Abgleich der Sensoren erfolgt auf 9 Dekaden.).

Niedriger Stromverbrauch: Der Stromverbrauch von CMOS-Kameras ist ca. 1 Dekade niedriger, als der von CCD-Kameras.

Rauschen: Die "naive" Realisierung eines CMOS-Sensors gemäss Abb. 1(b) würde in einer hervorragenden Rauschquelle resultieren, denn die Achillisverse der CMOS-Sensoren ist das Problem, die vielen verschiedenen Verstärker in jedem Sensor abzustimmen. Glücklicherweise konnte dieses Problem gelöst werden, indem der Restpegel des Fixed-Pattern Noise auf ein unbedeutendes Maß reduziert wurde.

Spektrale Empfindlichkeit/Ästethik: Das menschlige Auge empfindet mit logarithmisch reagierenden Sensoren akquirierte Bilder als "flau". Dieser ästethische Aspekt ist aber im Kontext Messtechnik oder Überwachung irrelevant. Auch weisen CMOS-Sensoren generell gegenüber CCD-Sensoren ein anderes Verhalten hinsichtlich ihrer spektralen Empfindlichkeit auf. Das nachfolgende Diagramm wird die spektrale Empfindlichkeit des HDRC4-Sensors abgebildet.




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