Escolhendo um Sensor de Imagem CMOS para Sistemas de Câmera

Quando se trata de sensores para sistemas de imagem de precisão, você tem três escolhas ideais: microbolômetro, detector acoplado por carga (CCD) e módulos de sensor de imagem CMOS. Sistemas baseados em bolômetro são ideais para imagem infravermelha de precisão, enquanto módulos de sensor de imagem CCD e CMOS são ideais para imagem colorida ou monocromática. Cada um deles pode ser usado para capturar imagens de alta qualidade, embora tenham diferentes aplicações ideais e vantagens.

Se você está projetando um novo produto para imagem de nível consumidor ou industrial, e vai fabricar em alto volume, um sensor de imagem CMOS é provavelmente a melhor escolha. Vamos dar uma olhada no que você precisa saber para selecionar um sensor de imagem CMOS de alta qualidade para usar no seu próximo sistema de imagem.

Escolhendo um Sensor de Imagem CCD vs. CMOS

Sensores de imagem CCD e CMOS vêm em variedades coloridas e monocromáticas, e cada tipo de sensor de imagem é bastante diferente. Sensores de imagem CCD geralmente têm maior sensibilidade e com menor ruído comparado a um sensor de imagem CMOS com o mesmo tamanho e densidade de pixel. Sensores de imagem CCD são frequentemente resfriados por Peltier em aplicações científicas e aplicações de luminosidade extremamente baixa, o que reduz o ruído na imagem e proporciona uma resolução muito alta. CCDs também tendem a custar mais porque são produzidos em volume menor do que os sensores de imagem CMOS, simplesmente porque a maioria das aplicações não requer o nível de precisão fornecido por um CCD.

Contraste isso com sensores de imagem CMOS, que são produzidos usando o mesmo processo que os ICs CMOS (daí o nome). Esses dispositivos custam menos e tendem a usar menos energia, mas também produzem imagens com mais ruído e menor resolução. Sensores CMOS fornecem conversão eletro-óptica mais rápida, então eles podem ser usados em aplicações de vídeo com alta taxa de quadros. O ruído em um sensor de imagem CMOS pode ser removido da imagem capturada usando filtragem e média. Isso torna os sensores CMOS ideais para aplicações em eletrônicos de consumo, incluindo IoT e dispositivos móveis.

Diagrama de blocos funcional para um sensor de imagem CMOS

Se você está procurando um sensor de imagem CMOS para um módulo de vídeo ou câmera no seu próximo produto, aqui estão alguns pontos a considerar:

• Resolução. Este é o parâmetro de desempenho mais citado para sensores de imagem CCD e CMOS. Assim como os módulos de exibição, esses dispositivos têm uma resolução especificada e um passo de pixel. Resolução refere-se ao número de pixels, mas o fator real que determina a qualidade da imagem é o passo de pixel (normalmente especificado em unidades de distância). Um sensor de imagem CMOS com um passo de pixel menor terá uma resolução mais fina. Quando combinado com o passo de pixel e o número de pixels, você pode determinar o campo de visão para imagens capturadas com seu sistema. Note que a resolução é às vezes citada em megapixels (MP). Como referência, os smartphones mais novos e avançados contêm sensores de imagem de ~7 MP.
• Iluminação por trás. Um sensor CMOS com iluminação traseira (BSI) tem maior sensibilidade graças a mudanças na arquitetura do pixel. Esses sensores são atualmente usados nas mais novas gerações de smartphones e em sistemas de câmeras que devem operar em condições de baixa luminosidade.
• Montagem em sua PCB. Um sensor de imagem CMOS geralmente é montado em uma PCB como um componente SMD ou através de furo. Alguns sensores CMOS vêm como um die que é montado em um BGA.
• Integração. Alguns sensores de imagem CMOS vêm embalados como um system-on-chip (SoC) e são integrados com seu bloco de processamento de sinal.
• Estabilidade de temperatura. Comparados aos sensores CCD, os sensores CMOS têm uma figura de ruído mais alta. Note que o nível de ruído aumenta com a temperatura.
• Filtragem de infravermelho. Alguns sensores de imagem CMOS incluem uma fina camada de material que absorve ou reflete a luz infravermelha. Você deve verificar a presença de um filtro infravermelho em seu sensor de imagem CMOS.
• Faixa dinâmica. Como outros sensores, isso define a faixa de intensidade de luz de entrada sobre a qual um módulo pode fornecer imagens sem atingir a saturação.

Unidades de Sensor de Imagem CMOS para Diferentes Aplicações

Se você pesquisar no mercado, verá que diferentes unidades de sensor de imagem CMOS oferecem uma ampla gama de resoluções. Certas aplicações não requerem uma câmera de 10 MP, como veremos a seguir.

Omnivision Technologies OV02686-H38A

O sensor de imagem CMOS OV02686-H38A da Omnivision é ideal para smartphones de baixo custo, tablets, webcams de laptops ou outros dispositivos que não são necessariamente destinados a capturar imagens extremamente finas. Este módulo de 1600 x 1200 pixels fornece imagens coloridas RGB de 10 bits (1 bilhão de cores únicas) a 15 quadros por segundo. O tamanho do pixel é de 1,75 microns, proporcionando imagens de alta resolução com grande campo de visão. O núcleo de detecção de imagem inclui um ADC integrado, dando ao módulo uma pequena pegada.

Diagrama de bloco do módulo de sensor de imagem CMOS integrado Omnivision OV02686-H38A. Do resumo do produto OV02686-H38A.

Micron MT9V022IA7ATC

O sensor de imagem CMOS colorido MT9V022IA7ATC possui 752 x 480 pixels em um pacote IBGA de 52 pinos. Este produto é comercializado para aplicações automotivas. Embora não tenha a mesma resolução que os sensores de imagem típicos usados em smartphones, oferece uma impressionante faixa dinâmica de 100 dB. Este módulo também fornece uma série de funções padrão de processamento de sinal com um controlador integrado. Algumas aplicações no setor automotivo incluem detecção de sonolência do motorista, biometria e prevenção de colisões.

Qualidade de imagem do sensor de imagem CMOS MT9V022IA7ATC em diferentes temperaturas. Do resumo do produto MT9V022IA7ATC.

ON Semiconductor MT9F002I12STCV-DP

Se você está procurando por qualidade de imagem séria para uma câmera profissional, o MT9F002I12STCV-DP é ideal para capturar imagens e vídeos com resolução de 4608 x 3288 pixels (isso é 15 MP!). Este sensor de imagem CMOS colorido também pode capturar imagens nos formatos 4:3 ou 16:9. Este sensor de imagem CMOS específico fornece sensibilidade e SNR que competem com CCDs a 13 quadros por segundo. Um ADC integrado fornece profundidade de cor de 12 bits com dados fornecidos em serial ou paralelo:

O MT9F002 é um sensor de varredura progressiva que gera um fluxo de dados de pixels a uma taxa de quadros constante. Ele usa um loop de fase bloqueada (PLL) no chip para gerar todos os relógios internos a partir de um único relógio mestre de entrada operando entre 2 e 64 MHz. A taxa máxima de saída de pixels é de 220 Mp/s para serial HiSPi I/F e 96 Mp/s para paralelo I/F, correspondendo a uma taxa de relógio de pixel de 220 MHz e 96 MHz, respectivamente. [Fonte: Datasheet do MT9F002I12STCV-DP]

Modos de captura de imagem estática e vídeo HD. Do datasheet do MT9F002I12STCV-DP.

Se você está construindo câmeras de nível profissional, smartphones ou outros dispositivos que requerem detecção de imagem, a Octopart oferece acesso a uma vasta gama de unidades de sensores de imagem CMOS e controladores para uso em seu novo produto. Tente usar nosso guia Seletor de Peças para determinar a melhor opção para o seu próximo produto.

Se você achou este artigo útil, pode se manter atualizado com nossos últimos artigos inscrevendo-se em nossa newsletter.