Выбор CMOS-сенсора изображения для камерных систем

Когда речь идет о датчиках для систем точного изображения, у вас есть три идеальных выбора: микроболометр, зарядово-связанный детектор (CCD) и модули CMOS-датчиков изображения. Системы на основе болометра идеально подходят для точного инфракрасного изображения, в то время как модули CCD и CMOS-датчиков изображения идеально подходят для цветного или монохромного изображения. Каждый из них может использоваться для получения изображений высокого качества, хотя они имеют разные идеальные применения и преимущества.

Если вы разрабатываете новый продукт для потребительского или промышленного изображения и будете производить его в большом объеме, вероятно, лучшим выбором будет CMOS-датчик изображения. Давайте рассмотрим, что вам нужно знать, чтобы выбрать датчик изображения CMOS высокого качества для использования в вашей следующей системе изображения.

Выбор между CCD и CMOS датчиком изображения

CCD и CMOS датчики изображения представлены в цветных и монохромных вариантах, и каждый тип датчика изображения сильно отличается. CCD датчики изображения, как правило, имеют более высокую чувствительность и меньший уровень шума по сравнению с CMOS-датчиком изображения с тем же размером и плотностью пикселей. CCD датчики изображения часто охлаждаются методом Пельтье в научных приложениях и приложениях с крайне низкой освещенностью, что снижает шум в изображении и обеспечивает очень высокое разрешение. CCD также, как правило, стоят дороже, поскольку они производятся в меньшем объеме, чем CMOS-датчики изображения, просто потому, что большинство приложений не требуют уровня точности, предоставляемого CCD.

В отличие от этого, CMOS-датчики изображения производятся с использованием того же процесса, что и CMOS ИС (отсюда и название). Эти устройства стоят дешевле и, как правило, используют меньше энергии, но они также производят изображения с большим количеством шума и меньшим разрешением. CMOS-датчики обеспечивают более быстрое электро-оптическое преобразование, поэтому их можно использовать в видеоприложениях с высокой частотой кадров. Шум в CMOS-датчике изображения можно устранить из захваченного изображения с помощью фильтрации и усреднения. Это делает CMOS-датчики идеальными для приложений потребительской электроники, включая IoT и мобильные устройства.

Функциональная блок-схема для CMOS-датчика изображения

Если вы ищете CMOS-датчик изображения для видео или камеры в вашем следующем продукте, вот некоторые моменты, которые следует учитывать:

• Разрешение. Это наиболее часто упоминаемый показатель производительности для CCD и CMOS датчиков изображения. Так же, как и модули дисплеев, эти устройства имеют определенное разрешение и шаг пикселей. Разрешение относится к количеству пикселей, но реальный фактор, определяющий качество изображения, это шаг пикселей (обычно указывается в единицах расстояния). CMOS датчик изображения с меньшим шагом пикселей будет иметь более высокое разрешение. Сочетая шаг пикселей и количество пикселей, вы можете определить поле зрения для изображений, собранных с вашей системой. Обратите внимание, что разрешение иногда указывается в мегапикселях (МП). Для справки, самые новые, наиболее продвинутые смартфоны содержат датчики изображения ~7 МП.
• Подсветка с задней стороны. CMOS датчик с подсветкой с задней стороны (BSI) имеет более высокую чувствительность благодаря изменениям в архитектуре пикселей. Эти датчики в настоящее время используются в новейших поколениях смартфонов и в камеральных системах, которые должны работать в условиях слабого освещения.
• Монтаж на вашу печатную плату. CMOS датчик изображения обычно монтируется на печатную плату как компонент SMD или сквозного монтажа. Некоторые CMOS датчики поставляются в виде кристалла, который монтируется на BGA.
• Интеграция. Некоторые CMOS датчики изображения поставляются в виде системы на кристалле (SoC) и интегрированы со своим блоком обработки сигналов.
• Температурная стабильность. По сравнению с CCD датчиками, CMOS датчики имеют более высокий уровень шума. Обратите внимание, что уровень шума увеличивается с температурой.
• Инфракрасная фильтрация. Некоторые CMOS датчики изображения включают тонкую пленку материала, которая поглощает или отражает инфракрасный свет. Вы должны проверить наличие инфракрасного фильтра на вашем CMOS датчике изображения.
• Динамический диапазон. Как и другие датчики, это определяет диапазон интенсивности входного света, при котором модуль может предоставлять изображения без достижения насыщения.

CMOS датчики изображения для различных приложений

Если вы изучите рынок, вы увидите, что различные единицы CMOS датчиков изображения предоставляют широкий диапазон разрешений. Некоторые приложения не требуют камеру на 10 МП, как мы увидим ниже.

Omnivision Technologies OV02686-H38A

CMOS датчик изображения OV02686-H38A от Omnivision идеально подходит для бюджетных смартфонов, планшетов, веб-камер ноутбуков или других устройств, которые не предназначены для захвата чрезвычайно тонких изображений. Этот модуль с разрешением 1600 x 1200 пикселей обеспечивает 10-битные RGB цветные изображения (1 миллиард уникальных цветов) со скоростью 15 кадров в секунду. Размер пикселя составляет 1,75 микрона, обеспечивая высокое разрешение изображений с большим полем зрения. Ядро сенсора изображения включает интегрированный АЦП, что обеспечивает модулю компактные размеры.

Интегрированный модуль CMOS датчика изображения Omnivision OV02686-H38A. Из краткого описания продукта OV02686-H38A.

Micron MT9V022IA7ATC

Цветной CMOS-датчик изображения MT9V022IA7ATC имеет разрешение 752 x 480 пикселей и поставляется в 52-контактном корпусе IBGA. Этот продукт предназначен для использования в автомобильной промышленности. Хотя он не имеет такого же разрешения, как типичные датчики изображения, используемые в смартфонах, он предлагает впечатляющий динамический диапазон в 100 дБ. Этот модуль также предоставляет ряд стандартных функций обработки сигналов с интегрированным контроллером. Некоторые применения в автомобильной сфере включают обнаружение сонливости водителя, биометрию и системы предотвращения столкновений.

Качество изображения от CMOS-датчика изображения MT9V022IA7ATC при различных температурах. Из краткого описания продукта MT9V022IA7ATC.

ON Semiconductor MT9F002I12STCV-DP

Если вам нужно серьезное качество изображения для профессиональной камеры, MT9F002I12STCV-DP идеально подходит для захвата изображений и видео с разрешением 4608 x 3288 пикселей (это 15 МП!). Этот цветной CMOS-датчик изображения также может собирать изображения в соотношениях сторон 4:3 или 16:9. Этот конкретный CMOS-датчик изображения обеспечивает чувствительность и отношение сигнал/шум, конкурентные с CCD, при 13 кадрах в секунду. Интегрированный АЦП обеспечивает 12-битную глубину цвета с данными, предоставляемыми в серийном или параллельном формате:

MT9F002 - это датчик с прогрессивной разверткой, который генерирует поток данных пикселей с постоянной частотой кадров. Он использует встроенный фазовый синтезатор (PLL) для генерации всех внутренних тактовых сигналов от одного мастер-клока с частотой от 2 до 64 МГц. Максимальная скорость вывода пикселей составляет 220 Мп/с для серийного интерфейса HiSPi и 96 Мп/с для параллельного интерфейса, что соответствует частоте пиксельного тактового сигнала 220 МГц и 96 МГц соответственно. [Источник: техническое описание MT9F002I12STCV-DP]

Режимы захвата статических изображений и HD-видео. Из технического описания MT9F002I12STCV-DP.

Независимо от того, строите ли вы профессиональные камеры, смартфоны или другие устройства, требующие датчиков изображения, Octopart предоставляет вам доступ к огромному ассортименту блоков CMOS-датчиков изображения и контроллеров для использования в вашем новом продукте. Попробуйте использовать наш руководство по выбору компонентов для определения лучшего варианта для вашего следующего продукта.

Если вы нашли эту статью полезной, вы можете оставаться в курсе наших последних статей, подписавшись на нашу рассылку.