카메라 시스템을 위한 CMOS 이미지 센서 선택하기

정밀 이미징 시스템용 센서를 선택할 때, 마이크로볼로미터, 전하 결합 소자(CCD), CMOS 이미지 센서 모듈 세 가지가 이상적인 선택입니다. 볼로미터 기반 시스템은 정밀 적외선 이미징에 이상적이며, CCD 및 CMOS 이미지 센서 모듈은 컬러 또는 흑백 이미징에 이상적입니다. 이들 각각은 고품질 이미지를 캡처하는 데 사용될 수 있지만, 이상적인 응용 프로그램과 장점이 다릅니다.

소비자 수준 또는 산업용 이미징을 위한 새로운 제품을 설계하고 대량 생산할 예정이라면, CMOS 이미지 센서가 아마도 최선의 선택일 것입니다. 다음 이미징 시스템에서 사용할 고품질 CMOS 이미지 센서를 선택하기 위해 알아야 할 사항을 살펴보겠습니다.

CCD 대 CMOS 이미지 센서 선택하기

CCD CMOS 이미지 센서는 컬러와 흑백 종류가 있으며, 각각의 이미지 센서 유형은 매우 다릅니다. CCD 이미징 센서는 일반적으로 동일한 픽셀 크기와 밀도를 가진 CMOS 이미지 센서에 비해 더 높은 감도와 더 낮은 노이즈를 가집니다. CCD 이미지 센서는 과학적 응용 프로그램 및 극도로 낮은 밝기 응용 프로그램에서 펠티어 냉각되는 경우가 많으며, 이는 이미지의 노이즈를 줄이고 매우 높은 해상도를 제공합니다. CCD는 대부분의 응용 프로그램이 CCD가 제공하는 정밀도 수준을 요구하지 않기 때문에 CMOS 이미지 센서보다 낮은 볼륨으로 생산되어 비용이 더 많이 들기도 합니다.

이와 대조적으로 CMOS 이미지 센서는 CMOS IC와 동일한 공정을 사용하여 생산됩니다(이름에서 알 수 있듯이). 이러한 장치는 비용이 적게 들고 전력을 덜 사용하지만, 더 많은 노이즈와 낮은 해상도의 이미지를 생성합니다. CMOS 센서는 더 빠른 전기-광 변환을 제공하므로, 높은 프레임 속도를 가진 비디오 응용 프로그램에 사용될 수 있습니다. CMOS 이미지 센서의 노이즈는 필터링과 평균화를 사용하여 캡처된 이미지에서 제거할 수 있습니다. 이는 CMOS 센서를 IoT 및 모바일 장치를 포함한 소비자 전자 제품 응용 프로그램에 이상적으로 만듭니다.

CMOS 이미지 센서의 기능적 블록 다이어그램

다음 제품의 비디오 또는 카메라 모듈에 CMOS 이미지 센서를 찾고 있다면 고려해야 할 몇 가지 사항은 다음과 같습니다:

• 해상도. CCD 및 CMOS 이미지 센서의 성능 지표로 가장 널리 인용되는 것입니다. 디스플레이 모듈과 마찬가지로, 이러한 장치들은 특정 해상도와 픽셀 피치를 가지고 있습니다. 해상도는 픽셀 수를 의미하지만, 이미지 품질을 결정하는 실제 요소는 픽셀 피치입니다(보통 거리 단위로 지정됨). 픽셀 피치가 더 작은 CMOS 이미지 센서는 더 세밀한 해상도를 가집니다. 픽셀 피치와 픽셀 수를 결합하면, 시스템으로 수집한 이미지의 시야를 결정할 수 있습니다. 해상도는 때때로 메가픽셀(MP)로 표시됩니다. 참고로, 가장 최신의 고급 스마트폰에는 약 7MP 이미지 센서가 탑재되어 있습니다.
• 백사이드 조명. 백사이드 조명(BSI) CMOS 센서는 픽셀 구조의 변화로 인해 더 높은 감도를 가집니다. 이러한 센서는 현재 최신 세대의 스마트폰과 저조도 조건에서 작동해야 하는 카메라 시스템에 사용됩니다.
• PCB에 장착. CMOS 이미지 센서는 일반적으로 SMD 또는 스루홀 구성 요소로 PCB에 장착됩니다. 일부 CMOS 센서는 BGA에 장착되는 다이로 제공됩니다.
• 통합. 일부 CMOS 이미지 센서는 시스템온칩 (SoC)으로 패키지되어 있으며, 신호 처리 블록과 통합되어 있습니다.
• 온도 안정성. CCD 센서에 비해 CMOS 센서는 더 높은 노이즈 수치를 가집니다. 온도가 상승하면 노이즈 수준이 증가한다는 점에 유의하세요.
• 적외선 필터링. 일부 CMOS 이미지 센서는 적외선 빛을 흡수하거나 반사하는 얇은 필름을 포함하고 있습니다. CMOS 이미지 센서에 적외선 필터가 있는지 확인해야 합니다.
• 동적 범위. 다른 센서와 마찬가지로, 이는 모듈이 포화에 도달하지 않고 이미지를 제공할 수 있는 입력 광도 범위를 정의합니다.

다양한 용도를 위한 CMOS 이미지 센서 유닛

시장을 살펴보면, 다양한 CMOS 이미지 센서 유닛이 넓은 범위의 해상도를 제공하는 것을 볼 수 있습니다. 특정 응용 프로그램에서는 10MP 카메라가 필요하지 않을 수 있습니다.

Omnivision Technologies OV02686-H38A

Omnivision의 OV02686-H38A CMOS 이미지 센서는 예산 스마트폰, 태블릿, 노트북 웹캠 또는 극도로 세밀한 이미지를 캡처할 필요가 없는 기타 장치에 이상적입니다. 이 1600 x 1200 픽셀 모듈은 초당 15 프레임으로 10비트 RGB 컬러 이미지(10억 개의 고유 색상)를 제공합니다. 픽셀 크기는 1.75 마이크론으로, 넓은 시야를 가진 고해상도 이미지를 제공합니다. 이미지 센스 코어에는 통합 ADC가 포함되어 있어 모듈의 작은 발자국을 제공합니다.

Omnivision OV02686-H38A 통합 CMOS 이미지 센서 모듈 블록 다이어그램. OV02686-H38A 제품 요약에서.

Micron MT9V022IA7ATC

MT9V022IA7ATC 컬러 CMOS 이미지 센서는 52핀 IBGA 패키지에 752 x 480 픽셀을 가지고 있습니다. 이 제품은 자동차 응용 분야를 위해 시장에 출시되었습니다. 스마트폰에 사용되는 일반적인 이미지 센서와 같은 해상도는 아니지만, 인상적인 100 dB의 다이내믹 레인지를 제공합니다. 이 모듈은 통합 컨트롤러와 함께 여러 표준 신호 처리 기능도 제공합니다. 자동차 분야에서의 몇 가지 응용 예로는 운전자 졸음 감지, 생체 인식, 충돌 회피 등이 있습니다.

다양한 온도에서의 MT9V022IA7ATC CMOS 이미지 센서의 이미지 품질. MT9V022IA7ATC 제품 요약에서.

ON Semiconductor MT9F002I12STCV-DP

전문 카메라를 위한 진지한 이미지 품질을 찾고 있다면, MT9F002I12STCV-DP는 4608 x 3288 픽셀 해상도(15 MP!)로 이미지와 비디오를 캡처하기에 이상적입니다. 이 컬러 CMOS 이미지 센서는 4:3 또는 16:9 종횡비로 이미지를 수집할 수도 있습니다. 이 특정 CMOS 이미지 센서는 13 프레임/초로 CCD와 경쟁할 수 있는 감도와 SNR을 제공합니다. 통합 ADC는 12비트 컬러 깊이를 제공하며 데이터는 직렬 또는 병렬로 제공됩니다:

MT9F002는 일정한 프레임 속도로 픽셀 데이터의 스트림을 생성하는 프로그레시브 스캔 센서입니다. 이는 단일 마스터 입력 클록에서 모든 내부 클록을 생성하기 위해 칩상에서 위상 고정 루프(PLL)를 사용합니다. 최대 출력 픽셀 속도는 직렬 HiSPi I/F의 경우 220 Mp/s, 병렬 I/F의 경우 96 Mp/s로, 각각 픽셀 클록 속도는 220 MHz와 96 MHz입니다. [출처: MT9F002I12STCV-DP 데이터시트]

정지 이미지 및 HD 비디오 캡처 모드. MT9F002I12STCV-DP 데이터시트에서.

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