Elección de un Sensor de Imagen CMOS para Sistemas de Cámaras

Cuando se trata de sensores para sistemas de imagen de precisión, tienes tres opciones ideales: microbolómetro, detector acoplado de carga (CCD) y módulos de sensor de imagen CMOS. Los sistemas basados en bolómetros son ideales para la imagen infrarroja de precisión, mientras que los módulos de sensor de imagen CCD y CMOS son ideales para la imagen en color o monocromática. Cada uno de estos puede ser utilizado para capturar imágenes de alta calidad, aunque tienen diferentes aplicaciones ideales y ventajas.

Si estás diseñando un nuevo producto para imagen a nivel de consumidor o industrial, y vas a fabricar en alto volumen, un sensor de imagen CMOS es probablemente la mejor elección. Veamos lo que necesitas saber para seleccionar un sensor de imagen CMOS de alta calidad para usar en tu próximo sistema de imagen.

Elección de un Sensor de Imagen CCD vs. CMOS

Los sensores de imagen CCD y CMOS vienen en variedades de color y monocromo, y cada tipo de sensor de imagen es bastante diferente. Los sensores de imagen CCD generalmente tienen mayor sensibilidad y con menor ruido en comparación con un sensor de imagen CMOS del mismo tamaño y densidad de píxeles. Los sensores de imagen CCD a menudo son enfriados por Peltier en aplicaciones científicas y aplicaciones de luminosidad extremadamente baja, lo que reduce el ruido en la imagen y proporciona una resolución muy alta. Los CCD también tienden a costar más porque se producen en menor volumen que los sensores de imagen CMOS, simplemente porque la mayoría de las aplicaciones no requieren el nivel de precisión proporcionado por un CCD.

Contrasta esto con los sensores de imagen CMOS, que se producen utilizando el mismo proceso que los ICs CMOS (de ahí el nombre). Estos dispositivos cuestan menos y tienden a usar menos energía, pero también producen imágenes con más ruido y menor resolución. Los sensores CMOS sí proporcionan una conversión electro-óptica más rápida, por lo que pueden ser utilizados en aplicaciones de video con alta tasa de cuadros. El ruido en un sensor de imagen CMOS puede ser eliminado de la imagen capturada usando filtrado y promediado. Esto hace que los sensores CMOS sean ideales para aplicaciones de electrónica de consumo, incluyendo IoT y dispositivos móviles.

Diagrama de bloques funcional para un sensor de imagen CMOS

Si estás buscando un sensor de imagen CMOS para un módulo de video o cámara en tu próximo producto, aquí hay algunos puntos a considerar:

• Resolución. Este es el indicador de rendimiento más citado para los sensores de imagen CCD y CMOS. Al igual que los módulos de visualización, estos dispositivos tienen una resolución y un paso de píxel especificados. La resolución se refiere al número de píxeles, pero el factor real que determina la calidad de la imagen es el paso de píxel (normalmente especificado en unidades de distancia). Un sensor de imagen CMOS con un paso de píxel más pequeño tendrá una resolución más fina. Al combinar el paso de píxel y el número de píxeles, puedes determinar el campo de visión para las imágenes recopiladas con tu sistema. Cabe destacar que la resolución a veces se expresa en megapíxeles (MP). Como referencia, los smartphones más nuevos y avanzados contienen sensores de imagen de ~7 MP.
• Iluminación trasera. Un sensor CMOS con iluminación trasera (BSI) tiene mayor sensibilidad gracias a cambios en la arquitectura de píxeles. Estos sensores se utilizan actualmente en las generaciones más nuevas de smartphones y en sistemas de cámaras que deben operar en condiciones de baja luz.
• Montaje en tu PCB. Un sensor de imagen CMOS típicamente se monta en un PCB como un componente SMD o a través de orificio. Algunos sensores CMOS vienen como un dado que se monta en un BGA.
• Integración. Algunos sensores de imagen CMOS vienen empaquetados como un sistema en chip (SoC) y están integrados con su bloque de procesamiento de señales.
• Estabilidad de temperatura. Comparados con los sensores CCD, los sensores CMOS tienen una cifra de ruido más alta. Cabe destacar que el nivel de ruido aumenta con la temperatura.
• Filtrado infrarrojo. Algunos sensores de imagen CMOS incluyen una fina capa de material que absorbe o refleja la luz infrarroja. Deberías verificar la presencia de un filtro infrarrojo en tu sensor de imagen CMOS.
• Rango dinámico. Como otros sensores, esto define el rango de intensidad de luz de entrada sobre el cual un módulo puede proporcionar imágenes sin alcanzar la saturación.

Unidades de Sensor de Imagen CMOS para Diferentes Aplicaciones

Si revisas el mercado, verás que diferentes unidades de sensor de imagen CMOS ofrecen una amplia gama de resoluciones. Ciertas aplicaciones no requieren una cámara de 10 MP, como veremos a continuación.

Omnivision Technologies OV02686-H38A

El sensor de imagen CMOS OV02686-H38A de Omnivision es ideal para smartphones de gama baja, tabletas, webcams de portátiles u otros dispositivos que no necesariamente están destinados a capturar imágenes extremadamente finas. Este módulo de 1600 x 1200 píxeles proporciona imágenes en color RGB de 10 bits (1 mil millones de colores únicos) a 15 cuadros por segundo. El tamaño del píxel es de 1.75 micrones, proporcionando imágenes de alta resolución con un gran campo de visión. El núcleo de sensado de imagen incluye un ADC integrado, dando al módulo una huella pequeña.

Diagrama de bloques del módulo de sensor de imagen CMOS integrado Omnivision OV02686-H38A. Del resumen del producto OV02686-H38A.

Micron MT9V022IA7ATC

El sensor de imagen CMOS a color MT9V022IA7ATC cuenta con 752 x 480 píxeles en un paquete IBGA de 52 pines. Este producto está comercializado para aplicaciones automotrices. Aunque no tiene la misma resolución que los sensores de imagen típicos utilizados en smartphones, ofrece un impresionante rango dinámico de 100 dB. Este módulo también proporciona una serie de funciones de procesamiento de señales estándar con un controlador integrado. Algunas aplicaciones en el sector automotriz incluyen la detección de somnolencia del conductor, biometría y prevención de colisiones.

Calidad de imagen del sensor de imagen CMOS MT9V022IA7ATC a diferentes temperaturas. Del resumen del producto MT9V022IA7ATC.

ON Semiconductor MT9F002I12STCV-DP

Si buscas una calidad de imagen seria para una cámara profesional, el MT9F002I12STCV-DP es ideal para capturar imágenes y video con una resolución de 4608 x 3288 píxeles (¡eso es 15 MP!). Este sensor de imagen CMOS a color también puede capturar imágenes en relaciones de aspecto de 4:3 o 16:9. Este sensor de imagen CMOS en particular proporciona sensibilidad y SNR que compiten con los CCD a 13 cuadros por segundo. Un ADC integrado proporciona una profundidad de color de 12 bits con datos proporcionados en serie o paralelo:

El MT9F002 es un sensor de escaneo progresivo que genera un flujo de datos de píxeles a una tasa de cuadros constante. Utiliza un bucle de bloqueo de fase (PLL) en chip para generar todos los relojes internos a partir de un único reloj maestro de entrada que funciona entre 2 y 64 MHz. La tasa máxima de salida de píxeles es de 220 Mp/s para serial HiSPi I/F y 96 Mp/s para paralelo I/F, correspondiendo a una tasa de reloj de píxeles de 220 MHz y 96 MHz, respectivamente. [Fuente: hoja de datos de MT9F002I12STCV-DP]

Modos de captura de imagen fija y video HD. Del hoja de datos de MT9F002I12STCV-DP.

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