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| Sind CCD-Kameras in jedem Fall besser als CMOS-Kameras? |
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So eindeutig lässt sich diese Frage leider nicht beantworten. Über lange Jahre war es tatsächlich so, dass CCD-Kameras aus rein technischer Sicht für mikroskopische Anwendungen besser geeignet waren. Allerdings verzeichnete die CMOS-Technologie in den letzten Jahren deutliche Fortschritte und ist heute eine ernst zu nehmende Alternative zu CCD-Kameras. Der moderne Mikroskopiker muss sich also fragen, ob die Eigenschaften der einen oder anderen Variante besser mit dem geplanten Anwendungsbereich seiner Kamera vereinbar sind.
Abhängig von der Lichtmenge erzeugen Bildsensoren eine elektrische Ladung. Der grundsätzliche Unterschied zwischen beiden Technologien besteht darin, wo auf dem Halbleiterelement die Ladung in Spannung umgewandelt wird. Bei CMOS-Sensoren findet dies in jedem Pixel statt. Diese Bildinformation wird direkt auf dem CMOS-Sensor-Chip in digitale Information umgewandelt. Auf einem CCD-Sensor dagegen wird erst ausserhalb des Sensors in der Kameraelektronik digitalisiert.
Aus der technischen Realisierung leiten sich die grundsätzlichen Vorteile der CMOS-Technologie ab:
- Integration der Ansteuerschaltung auf dem Sensor-Chip
- Damit vereinfachter, kostengünstiger Aufbau der Kamera-Elektronik und verringerte Leistungsaufnahme
- Direkte Digitalisierung auf integriertem AD-Wandler
- Kleinere Baugrößen
- Spezielle Bildverarbeitungsschritte können direkt in der Kameraelektronik erfolgen, also "on chip".
Der Hauptvorteil der CMOS-Technologie ist die Eigenschaft, einen Sensor sehr schnell auszulesen und damit selbst bei hohen Auflösungen schnelle Bildraten zu erzielen. Schlussendlich werden CMOS-Sensoren für eine Vielzahl unterschiedlicher Produkte wie Mobiltelefone, Webcams oder Haushaltsgeräte produziert. Aufgrund der damit verbundenen hohen Stückzahlen können sie verhältnismäßig günstig angeboten werden – kurz: CMOS-Kameras sind meist preiswerter als vergleichbare CCD-Kameras.
Trotz aller Fortschritte in der CMOS-Technik sind CCD-Kameras auch heute noch lichtempfindlicher, da sie weniger zum Bildrauschen neigen und durch die größeren Pixel einen besseren Füllfaktor aufweisen. Bei niedrigen Lichtintensitäten nehmen sie die Signale stets besser auf. Dadurch, dass die Ladungs/Spannungs-Umwandlung nicht auf jedem einzelnen Pixel stattfindet, gibt es geringere Empfindlichkeitsunterschiede zwischen den Pixeln (Uniformität) durch Fertigungstoleranzen. CCD-Sensoren liefern so ein gleichförmigeres Signal. Sie benötigen viel weniger Bildverbesserungsoperationen vor der eigentlichen Darstellung.
Aufgrund der kostenoptimierten Entwicklung der CMOS-Sensoren für den Massenmarkt werden diese mit besonders kleiner Chipfläche gefertigt. Für die Mikroskopie bedeutet dies, dass die Pixelgröße sehr klein ausfällt. Das bringt bis zu einem gewissen Grad zwar Vorteile bei der Auflösung, da mehr Pixel auf der Sensoroberfläche Platz finden. Gleichzeitig reduziert es jedoch die Lichtempfindlichkeit, erhöht das Eigenrauschen und schränkt das optische Sehfeld ein.
Abschließend können wir festhalten:
Grundsätzlich bieten die CCD-basierten Kameras immer noch klare Vorteile wenn es auf höchste Lichtempfindlichkeit und maximalen Kontrastumfang (Dynamik) ankommt.
Da die Bildqualität der CMOS-Sensoren in den letzten Jahren stetig verbessert wurde, finden sich inzwischen auch Anwendungsbereiche, in denen CMOS-Kameras das Mittel der Wahl sind. Diese Anwendungen zielen auf hohe Bildraten bei hoher Auflösung und angemessene Bildqualität bei geringen Kosten ab.
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| Die neue AxioCam ERc 5 (links) ist mit einem CMOS-Sensor ausgestattet. Die AxioCam HRm (rechts) erfasst Ihre Aufnahmen mit einem CCD-Sensor. |
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