Die Auswahl eines CMOS-Bildsensors für Kamerasysteme

Wenn es um Sensoren für Präzisions-Bildgebungssysteme geht, haben Sie drei ideale Optionen: Mikrobolometer, ladungsgekoppelte Detektoren (CCD) und CMOS-Bildsensormodule. Bolometer-basierte Systeme eignen sich ideal für präzise Infrarot-Bildgebung, während CCD- und CMOS-Bildsensormodule ideal für Farb- oder Monochrom-Bildgebung sind. Jeder dieser Sensoren kann hochwertige Bilder erfassen, obwohl sie unterschiedliche ideale Anwendungen und Vorteile haben.

Wenn Sie ein neues Produkt für die Bildgebung auf Verbraucher- oder Industrieniveau entwerfen und in hohen Stückzahlen fertigen werden, ist ein CMOS-Bildsensor wahrscheinlich die beste Wahl. Lassen Sie uns einen Blick darauf werfen, was Sie wissen müssen, um einen hochwertigen CMOS-Bildsensor für Ihr nächstes Bildgebungssystem auszuwählen.

Wahl zwischen einem CCD- und einem CMOS-Bildsensor

CCD- und CMOS-Bildsensoren gibt es in Farb- und Monochromvarianten, und jeder Sensortyp ist recht unterschiedlich. CCD-Bildsensoren haben im Allgemeinen eine höhere Empfindlichkeit und weniger Rauschen im Vergleich zu einem CMOS-Bildsensor mit derselben Pixelgröße und -dichte. CCD-Bildsensoren werden oft in wissenschaftlichen Anwendungen und Anwendungen mit extrem niedriger Leuchtdichte Peltier-gekühlt, was das Rauschen im Bild reduziert und eine sehr hohe Auflösung bietet. CCDs kosten auch tendenziell mehr, da sie in geringeren Stückzahlen als CMOS-Bildsensoren produziert werden, einfach weil die meisten Anwendungen nicht das von einem CCD gebotene Präzisionsniveau erfordern.

Im Gegensatz dazu werden CMOS-Bildsensoren mit demselben Prozess wie CMOS-ICs hergestellt (daher der Name). Diese Geräte kosten weniger und neigen dazu, weniger Strom zu verbrauchen, produzieren aber auch Bilder mit mehr Rauschen und geringerer Auflösung. CMOS-Sensoren bieten jedoch eine schnellere elektro-optische Umwandlung, sodass sie in Videoanwendungen mit hoher Bildrate verwendet werden können. Das Rauschen in einem CMOS-Bildsensor kann aus dem erfassten Bild durch Filterung und Mittelwertbildung entfernt werden. Dies macht CMOS-Sensoren ideal für Anwendungen in der Unterhaltungselektronik, einschließlich IoT- und Mobilgeräten.

Funktionsblockdiagramm für einen CMOS-Bildsensor

Wenn Sie einen CMOS-Bildsensor für ein Video- oder Kameramodul in Ihrem nächsten Produkt suchen, sind hier einige Punkte, die Sie berücksichtigen sollten:

• Auflösung. Dies ist die am häufigsten zitierte Leistungskennzahl für CCD- und CMOS-Bildsensoren. Ähnlich wie bei Anzeigemodulen haben diese Geräte eine bestimmte Auflösung und Pixelgröße. Auflösung bezieht sich auf die Anzahl der Pixel, aber der wirkliche Faktor, der die Bildqualität bestimmt, ist die Pixelgröße (normalerweise in Einheiten des Abstands angegeben). Ein CMOS-Bildsensor mit kleinerer Pixelgröße wird eine feinere Auflösung haben. Wenn man Pixelgröße und Pixelanzahl kombiniert, kann man das Sichtfeld für Bilder bestimmen, die mit Ihrem System gesammelt wurden. Beachten Sie, dass die Auflösung manchmal in Megapixeln (MP) angegeben wird. Zum Vergleich, die neuesten, fortschrittlichsten Smartphones enthalten ~7 MP Bildsensoren.
• Rückseitenbeleuchtung. Ein rückseitenbeleuchteter (BSI) CMOS-Sensor hat eine höhere Empfindlichkeit dank Veränderungen in der Pixelarchitektur. Diese Sensoren werden derzeit in den neuesten Generationen von Smartphones und in Kamerasystemen verwendet, die unter Bedingungen mit wenig Licht arbeiten müssen.
• Montage auf Ihrer Leiterplatte. Ein CMOS-Bildsensor wird typischerweise als SMD- oder Durchsteckkomponente auf einer Leiterplatte montiert. Einige CMOS-Sensoren kommen als Die, das auf einem BGA montiert wird.
• Integration. Einige CMOS-Bildsensoren werden als System-on-Chip (SoC) verpackt und mit ihrem Signalverarbeitungsblock integriert.
• Temperaturstabilität. Im Vergleich zu CCD-Sensoren haben CMOS-Sensoren eine höhere Rauschzahl. Beachten Sie, dass das Rauschniveau mit der Temperatur steigt.
• Infrarotfilterung. Einige CMOS-Bildsensoren enthalten eine dünne Schicht Material, das Infrarotlicht absorbiert oder reflektiert. Sie sollten überprüfen, ob ein Infrarotfilter auf Ihrem CMOS-Bildsensor vorhanden ist.
• Dynamikbereich. Wie bei anderen Sensoren definiert dies den Eingangslichtintensitätsbereich, über den ein Modul Bilder liefern kann, ohne Sättigung zu erreichen.

CMOS-Bildsensoreinheiten für verschiedene Anwendungen

Wenn Sie sich auf dem Markt umsehen, werden Sie feststellen, dass verschiedene CMOS-Bildsensoreinheiten eine breite Palette von Auflösungen bieten. Bestimmte Anwendungen erfordern keine 10 MP Kamera, wie wir unten sehen werden.

Omnivision Technologies OV02686-H38A

Der OV02686-H38A CMOS-Bildsensor von Omnivision ist ideal für Budget-Smartphones, Tablets, Laptop-Webcams oder andere Geräte, die nicht unbedingt für die Aufnahme extrem feiner Bilder gedacht sind. Dieses 1600 x 1200 Pixel Modul liefert 10-Bit RGB-Farbbilder (1 Milliarde einzigartige Farben) bei 15 Bildern pro Sekunde. Die Pixelgröße beträgt 1,75 Mikrometer und bietet hochauflösende Bilder mit großem Sichtfeld. Der Bildsensorkern umfasst einen integrierten ADC, was dem Modul einen kleinen Fußabdruck verleiht.

Omnivision OV02686-H38A integriertes CMOS-Bildsensormodul Blockdiagramm. Aus dem OV02686-H38A Produktbrief.

Micron MT9V022IA7ATC

Der MT9V022IA7ATC Farb-CMOS-Bildsensor verfügt über 752 x 480 Pixel in einem 52-Pin-IBGA-Paket. Dieses Produkt ist für den Einsatz in der Automobilindustrie konzipiert. Obwohl es nicht die gleiche Auflösung wie typische Bildsensoren in Smartphones hat, bietet es einen beeindruckenden Dynamikbereich von 100 dB. Dieses Modul bietet auch eine Reihe von standardmäßigen Signalverarbeitungsfunktionen mit einem integrierten Controller. Einige Anwendungen im Automobilsektor umfassen die Erkennung von Fahrermüdigkeit, Biometrie und Kollisionsvermeidung.

Bildqualität vom MT9V022IA7ATC CMOS-Bildsensor bei verschiedenen Temperaturen. Aus dem MT9V022IA7ATC Produktdatenblatt.

ON Semiconductor MT9F002I12STCV-DP

Wenn Sie ernsthaft gute Bildqualität für eine professionelle Kamera suchen, ist der MT9F002I12STCV-DP ideal, um Bilder und Videos mit einer Auflösung von 4608 x 3288 Pixeln (das sind 15 MP!) aufzunehmen. Dieser Farb-CMOS-Bildsensor kann Bilder auch im 4:3 oder 16:9 Bildformat erfassen. Dieser spezielle CMOS-Bildsensor bietet Empfindlichkeit und SNR, die mit CCDs bei 13 Bildern pro Sekunde konkurrieren können. Ein integrierter ADC bietet eine Farbtiefe von 12 Bit mit Daten, die seriell oder parallel bereitgestellt werden:

Der MT9F002 ist ein progressiver Scan-Sensor, der einen konstanten Datenstrom von Pixeln mit einer konstanten Bildrate erzeugt. Er verwendet eine On-Chip-Phasenregelschleife (PLL), um alle internen Uhren aus einer einzigen Master-Eingangsuhr zu generieren, die zwischen 2 und 64 MHz läuft. Die maximale Ausgabepixelrate beträgt 220 Mp/s für serielle HiSPi I/F und 96 Mp/s für parallele I/F, was einer Pixeltaktrate von 220 MHz bzw. 96 MHz entspricht. [Quelle: MT9F002I12STCV-DP Datenblatt]

Standbild- und HD-Videoaufnahmemodi. Aus dem MT9F002I12STCV-DP Datenblatt.

Ob Sie professionelle Kameras, Smartphones oder andere Geräte bauen, die Bildsensoren benötigen, Octopart gibt Ihnen Zugang zu einer riesigen Auswahl an CMOS-Bildsensoreinheiten und Controllern für Ihr neues Produkt. Versuchen Sie, unseren Part Selector Guide zu verwenden, um die beste Option für Ihr nächstes Produkt zu bestimmen.

Wenn Sie diesen Artikel nützlich fanden, können Sie mit unseren neuesten Artikeln auf dem Laufenden bleiben, indem Sie sich für unseren Newsletter anmelden.