Choisir un capteur d'image CMOS pour les systèmes de caméra

Lorsqu'il s'agit de capteurs pour des systèmes d'imagerie de précision, vous avez trois choix idéaux : microbolomètre, détecteur à couplage de charge (CCD) et modules de capteurs d'images CMOS. Les systèmes basés sur le bolomètre sont idéaux pour l'imagerie infrarouge de précision, tandis que les modules de capteurs d'images CCD et CMOS sont idéaux pour l'imagerie en couleur ou monochrome. Chacun de ces capteurs peut être utilisé pour capturer des images de haute qualité, bien qu'ils aient des applications idéales et des avantages différents.

Si vous concevez un nouveau produit pour l'imagerie de niveau consommateur ou industriel, et que vous allez produire en grande quantité, un capteur d'image CMOS est probablement le meilleur choix. Examinons ce que vous devez savoir pour sélectionner un capteur d'image CMOS de haute qualité pour votre prochain système d'imagerie.

Choisir un capteur d'image CCD vs. CMOS

Les capteurs d'image CCD et CMOS sont disponibles en variétés couleur et monochrome, et chaque type de capteur d'image est assez différent. Les capteurs d'imagerie CCD ont généralement une sensibilité plus élevée et moins de bruit par rapport à un capteur d'image CMOS de même taille de pixel et densité. Les capteurs d'image CCD sont souvent refroidis par effet Peltier dans les applications scientifiques et les applications à luminosité extrêmement faible, ce qui réduit le bruit dans l'image et fournit une très haute résolution. Les CCD ont également tendance à coûter plus cher car ils sont produits en plus faible volume que les capteurs d'image CMOS, simplement parce que la plupart des applications ne nécessitent pas le niveau de précision fourni par un CCD.

Contrastez cela avec les capteurs d'image CMOS, qui sont produits en utilisant le même processus que les CI CMOS (d'où le nom). Ces dispositifs coûtent moins cher et ont tendance à utiliser moins d'énergie, mais ils produisent également des images avec plus de bruit et une résolution inférieure. Les capteurs CMOS fournissent une conversion électro-optique plus rapide, donc ils peuvent être utilisés dans des applications vidéo avec un taux de trame élevé. Le bruit dans un capteur d'image CMOS peut être éliminé de l'image capturée en utilisant le filtrage et la moyenne. Cela rend les capteurs CMOS idéaux pour les applications d'électronique grand public, y compris l'IoT et les appareils mobiles.

Schéma de bloc fonctionnel pour un capteur d'image CMOS

Si vous recherchez un capteur d'image CMOS pour un module vidéo ou caméra dans votre prochain produit, voici quelques points à considérer :

• Résolution. Il s'agit de la métrique de performance la plus citée pour les capteurs d'images CCD et CMOS. Tout comme les modules d'affichage, ces dispositifs ont une résolution et un pas de pixel spécifiés. La résolution fait référence au nombre de pixels, mais le véritable facteur qui détermine la qualité de l'image est le pas de pixel (normalement spécifié en unités de distance). Un capteur d'image CMOS avec un pas de pixel plus petit aura une résolution plus fine. Lorsqu'il est combiné avec le pas de pixel et le nombre de pixels, vous pouvez déterminer le champ de vision pour les images recueillies avec votre système. Notez que la résolution est parfois indiquée en mégapixels (MP). À titre de référence, les smartphones les plus récents et les plus avancés contiennent des capteurs d'image d'environ 7 MP.
• Rétroéclairage. Un capteur CMOS rétroéclairé (BSI) a une sensibilité plus élevée grâce à des modifications dans l'architecture des pixels. Ces capteurs sont actuellement utilisés dans les dernières générations de smartphones et dans les systèmes de caméra qui doivent fonctionner dans des conditions de faible luminosité.
• Montage sur votre PCB. Un capteur d'image CMOS se monte généralement sur un PCB en tant que composant CMS ou traversant. Certains capteurs CMOS se présentent sous forme de puce qui se monte sur un BGA.
• Intégration. Certains capteurs d'image CMOS sont emballés en tant que système sur puce (SoC) et sont intégrés avec leur bloc de traitement de signal.
• Stabilité de la température. Comparés aux capteurs CCD, les capteurs CMOS ont un niveau de bruit plus élevé. Notez que le niveau de bruit augmente avec la température.
• Filtrage infrarouge. Certains capteurs d'image CMOS incluent une fine couche de matériau qui absorbe ou reflète la lumière infrarouge. Vous devriez vérifier la présence d'un filtre infrarouge sur votre capteur d'image CMOS.
• Plage dynamique. Comme d'autres capteurs, cela définit la plage d'intensité lumineuse d'entrée sur laquelle un module peut fournir des images sans atteindre la saturation.

Unités de capteurs d'images CMOS pour différentes applications

Si vous parcourez le marché, vous verrez que différentes unités de capteurs d'images CMOS offrent une large gamme de résolutions. Certaines applications ne nécessitent pas une caméra de 10 MP, comme nous le verrons ci-dessous.

Omnivision Technologies OV02686-H38A

Le capteur d'image CMOS OV02686-H38A d'Omnivision est idéal pour les smartphones économiques, les tablettes, les webcams de portables ou d'autres dispositifs qui ne sont pas nécessairement destinés à capturer des images extrêmement fines. Ce module de 1600 x 1200 pixels fournit des images couleur RGB de 10 bits (1 milliard de couleurs uniques) à 15 images par seconde. La taille des pixels est de 1,75 microns, offrant des images haute résolution avec un grand champ de vision. Le cœur de détection d'image comprend un ADC intégré, donnant au module une petite empreinte.

Schéma de bloc du module de capteur d'image CMOS intégré Omnivision OV02686-H38A. Tiré du brief produit OV02686-H38A.

Micron MT9V022IA7ATC

Le capteur d'image CMOS couleur MT9V022IA7ATC possède 752 x 480 pixels dans un boîtier IBGA de 52 broches. Ce produit est commercialisé pour des applications automobiles. Bien qu'il n'ait pas la même résolution que les capteurs d'image typiques utilisés dans les smartphones, il offre une impressionnante plage dynamique de 100 dB. Ce module fournit également un certain nombre de fonctions de traitement de signal standard avec un contrôleur intégré. Certaines applications dans le secteur automobile incluent la détection de somnolence du conducteur, la biométrie et l'évitement de collision.

Qualité d'image du capteur d'image CMOS MT9V022IA7ATC à différentes températures. Tiré du brief produit MT9V022IA7ATC.

ON Semiconductor MT9F002I12STCV-DP

Si vous recherchez une qualité d'image sérieuse pour une caméra professionnelle, le MT9F002I12STCV-DP est idéal pour capturer des images et des vidéos avec une résolution de 4608 x 3288 pixels (soit 15 MP !). Ce capteur d'image CMOS couleur peut également capturer des images dans des rapports d'aspect de 4:3 ou 16:9. Ce capteur d'image CMOS particulier offre une sensibilité et un SNR compétitifs avec les CCD à 13 images par seconde. Un ADC intégré fournit une profondeur de couleur de 12 bits avec des données fournies en série ou en parallèle :

Le MT9F002 est un capteur à balayage progressif qui génère un flux de données de pixels à un taux de trame constant. Il utilise une boucle à verrouillage de phase (PLL) intégrée pour générer toutes les horloges internes à partir d'une seule horloge d'entrée maître fonctionnant entre 2 et 64 MHz. Le taux de pixels de sortie maximal est de 220 Mp/s pour l'interface série HiSPi et de 96 Mp/s pour l'interface parallèle, correspondant à un taux d'horloge de pixel de 220 MHz et 96 MHz, respectivement. [Source : fiche technique MT9F002I12STCV-DP]

Modes de capture d'image fixe et vidéo HD. Tiré de la fiche technique MT9F002I12STCV-DP.

Que vous construisiez des caméras de qualité professionnelle, des smartphones ou d'autres dispositifs nécessitant une détection d'image, Octopart vous donne accès à une vaste gamme d'unités de capteurs d'image CMOS et de contrôleurs pour utilisation dans votre nouveau produit. Essayez d'utiliser notre guide du sélecteur de pièces pour déterminer la meilleure option pour votre prochain produit.

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