¿Qué tal el chip sensor de imagen CMOS de la Universidad de Tianjin?
CMOS es un semiconductor complementario de óxido metálico. Es principalmente un semiconductor hecho de dos elementos: silicio y germanio. Las funciones básicas se realizan a través de transistores cargados negativamente y positivamente en CMOS.
Las corrientes producidas por estos dos efectos complementarios pueden ser registradas por el chip de procesamiento e interpretadas como imágenes.
Entre las cámaras analógicas y las cámaras de red de definición estándar, la CCD es la más utilizada y domina el mercado desde hace mucho tiempo.
El CCD se caracteriza por una alta sensibilidad pero una baja velocidad de respuesta, lo que no es adecuado para cámaras de vigilancia de alta definición con escaneo progresivo de alta resolución. Por lo tanto, después de ingresar a la era de la vigilancia de alta definición, CMOS ha ido aumentando gradualmente. se han reconocido y se utilizan comúnmente cámaras de vigilancia de alta definición.
La principal ventaja del CMOS es que es muy eficiente energéticamente en comparación con el CCD.
A diferencia de los CCD, que están compuestos de diodos, los circuitos CMOS casi no consumen energía estática.
Esto hace que el consumo de energía del CMOS sea solo aproximadamente 1/3 del CCD normal. Un problema importante del CMOS al procesar imágenes de conversión rápida es que la supresión de corriente oscura no es demasiado grande debido al sobrecalentamiento debido a una frecuencia demasiado alta. cambios en la corriente. Si la supresión no es buena, se producirá ruido fácilmente.
Actualmente, se han desarrollado dispositivos CMOS retroiluminados especiales de 720P y 1080P, y su rendimiento de sensibilidad es cercano al del CCD.
En comparación con los sensores CMOS con iluminación de superficie, el CMOS retroiluminado tiene grandes ventajas en sensibilidad (relación señal-ruido) y puede mejorar significativamente el efecto de disparo en condiciones de poca luz. entornos luminosos El ruido se puede reducir significativamente al disparar.
Aunque los productos de cámaras de megapíxeles basados en tecnología CMOS tienen deficiencias en entornos con poca luz y en el procesamiento de la relación señal-ruido, esto no afecta fundamentalmente sus perspectivas de aplicación.
Las empresas internacionales relevantes están intensificando sus esfuerzos para resolver estos dos problemas. Creo que en un futuro próximo, el efecto de CMOS será más cercano al del CCD y el precio de los equipos CMOS será menor. que el de los equipos CCD.
Se ha convertido en un hecho indiscutible que la industria de la seguridad utiliza más CMOS que CCD. Aunque la resolución de los sensores CCD del mismo tamaño es mejor que la de los sensores CMOS, si no se tiene en cuenta la limitación de tamaño, los CMOS. tiene la ventaja en la velocidad de medición. Puede superar eficazmente las dificultades en la fabricación de originales fotosensibles de gran tamaño, por lo que CMOS tendrá más ventajas en resoluciones más altas.
Además, la velocidad de respuesta de CMOS es más rápida que la de CCD, por lo que es más adecuado para monitoreo de alta definición con características de gran volumen de datos.
En comparación con el CCD, CMOS tiene las ventajas de un tamaño pequeño, menos de 1/10 del consumo de energía del CCD y 1/3 más barato que el CCD.
En comparación con los productos CCD, CMOS es un proceso estándar que puede utilizar equipos semiconductores existentes sin requerir una inversión adicional en equipos y puede mejorar la calidad con el avance de la tecnología de semiconductores.
Al mismo tiempo, cada vez hay más líneas de producción CMOS en las fábricas globales, lo que ayudará a reducir el costo de la producción en masa en el futuro.
Además, la mayor ventaja de los sensores CMOS es su alto grado de integración del sistema.
En teoría, todas las funciones requeridas por el sensor de imagen, como desplazamiento vertical, registro de desplazamiento horizontal, control de sincronización, CDS, ADC, etc., se pueden colocar en un solo chip, incluidos incluso los chips de back-end. , FlashRAM, etc. Todos los chips incluidos se pueden integrar en un solo chip. Además, SYSTEM-ON-CHIP se puede integrar en un solo chip, lo que reduce los costos generales de producción.
Debido a esto, cada vez más fabricantes están invirtiendo en I+D y producción, incluidos más de 30 en Estados Unidos, 7 en Europa, alrededor de 8 en Japón, 1 en Corea del Sur y 8 en Taiwán. China.
El líder mundial es Agilent (HP), con una cuota de mercado de 51, STMicroelectronics (VLSIVision) con 16, OmniVision con 13, Hyundai con 8, Photobit con alrededor de 5, las cinco empresas en total la cuota de mercado es del 93%.
Según las estadísticas de In-Stat, se espera que las ventas mundiales de sensores CMOS superen los 1.800 millones de dólares estadounidenses en 2004. CMOS crecerá rápidamente a una tasa de crecimiento anual compuesta de 62, canibalizando gradualmente la aplicación de dispositivos CCD.
Especialmente en 2013, cuando las aplicaciones para teléfonos móviles se están desarrollando rápidamente, los módulos de cámara basados en sensores de imagen CMOS ocuparán más del 80% de su mercado de aplicaciones.
Los sensores de imagen CMOS son un mercado de productos emergente y los cambios en su participación de mercado no son tan estáticos como los de industrias maduras. Por ejemplo, en 1999, Agilent clasificó el mercado CMOS en orden de volumen de envío. OmniVision, STM y Hyundai, cuyas cuotas de mercado son 24, 22, 14 y 14 respectivamente. Sin embargo, después de solo un año de competencia en el mercado, Agilent y OmniVision todavía ocupaban el primer y segundo lugar en términos de envíos, y sus cuotas de mercado aumentaron a 37,7 y 30,8 respectivamente, mientras que STM ocupó el cuarto lugar, y su cuota de mercado cayó a 4,8 incluso en tiempos modernos. caer en picado a 2,1. La cuota de mercado de Hyundai incluso cayó al 2,1. Vale la pena mencionar que Photobi creció significativamente en 2000, y su participación en el mercado global creció rápidamente hasta el 13,7, ubicándose en el tercer lugar del mundo.
Los envíos de estos tres fabricantes representaron el 82,2% de los envíos globales.
Se puede analizar que la concentración de fabricantes en esta industria es bastante densa. Por lo tanto, al observar la dinámica y el desarrollo de los tres fabricantes anteriores, podemos ver la dirección de desarrollo futuro de la industria y la tecnología de licencias. .
Los principales productos de Agilent son el HDCS-1020 CIF (352*288) de segunda generación y el HDCS-2020 VGA (640*480) de segunda generación, que se utilizan principalmente en cámaras digitales, teléfonos móviles, PDAs, PCCamera, etc. Dispositivos de información emergentes. La estrategia exitosa es formar alianzas estratégicas con Logitech y Microsoft para ingresar al campo de los productos de mouse óptico. Sin embargo, este es un producto CMOS de muy baja gama que no puede capturar imágenes, por lo que no está incluido en las estadísticas globales de sensores de imagen. Este número no se ha agregado, pero este movimiento se puede ver en la entrada de Agilent en componentes ópticos basados en tecnología CMOS.
Los principales productos de OmniVision incluyen: CIF (352x288), VGA (640x480), SVGA (800x600) y SXGA (1280x1024).
El sensor de imagen CMOS de 1,3 megapíxeles de Omnivision se utiliza ampliamente en cámaras digitales de la industria.
La industria generalmente cree que los megapíxeles son el punto de inflexión entre las aplicaciones CMOS y CCD. La entrada exitosa de CMOS en este mercado demuestra plenamente la penetración del desarrollo de la tecnología CMOS en el mercado. Reemplace el CCD y conviértase en aplicaciones no residuales para productos de imágenes de gama media y baja.
Omnivision desarrolló un sensor CMOS de grado CIF (352x288) en mayo de 2001, que se caracteriza por un bajo consumo de energía y está dirigido principalmente al mercado de la telefonía móvil. Su estrategia de desarrollo de productos coincide con la de las principales instituciones de investigación y de investigación. En el mercado de la telefonía móvil, los módulos de cámara con módulo CMOS se han convertido en los productos más abundantes en las aplicaciones de comunicaciones móviles.
En el año 2000, Photobit logró un mayor éxito.
En 2001, Photobit tomó la iniciativa en el desarrollo del sensor de imagen CMOS del modelo de producto PB-0330, que utiliza un convertidor digital lógico de un solo chip y es el VGA de 1/4 de pulgada (640x480) de segunda generación. ) producto también lanzó El sensor de imagen CMOS del modelo de producto PB-0111 es el producto CIF de 1/5 de pulgada (352x288) de segunda generación.
Los dos productos lanzados por Photobit están dirigidos principalmente a cámaras digitales y productos digitales PCCamera. Se diferencian del CIF (352x288) de OmniVision en el mercado de teléfonos móviles: CIF (352x288) y VGA (640x480). Sensores de imagen con diferentes niveles de resolución, el alcance del marketing está destinado a cubrir los mercados de gama baja y media a alta.
En 2013, la industria desarrolló una nueva tecnología de sensor de imagen CMOS: C3D.
La característica más importante de la tecnología C3D es la uniformidad de la respuesta de los píxeles.
La tecnología C3D redefine el rendimiento del generador de imágenes (es decir, incluido el rendimiento general del sistema) y mejora el rendimiento estándar de los sensores de imagen CMOS en términos de uniformidad y corriente oscura.
A principios de 2014, la empresa estadounidense Foveon demostró públicamente su tecnología FoveonX3 recientemente desarrollada, que inmediatamente atrajo una gran atención en la industria.
FoveonX3 es el primer conjunto de sensores de imagen del mundo capaz de capturar todos los colores con un solo píxel.
Los dispositivos de acoplamiento óptico tradicionales solo pueden detectar la intensidad de la luz, pero no la información del color, lo que requiere detección a través de un filtro de color llamado filtro Bayer.
FoveonX3 puede detectar el color a través de diferentes profundidades en los píxeles: la capa superior detecta el azul, la segunda capa detecta el verde y la tercera capa detecta el rojo.
Basado en el efecto de absorción del silicio sobre la luz de diferentes longitudes de onda, FoveonX3 puede percibir todos los colores en un píxel. Ya existe un sensor de imagen CMOS que adopta esta tecnología y se utiliza en la cámara digital "SigmaSD9". .
Esta innovadora tecnología ofrece imágenes más nítidas y mejores colores que los sensores de imagen anteriores, y el X3 es el primero en detectar el color con un fotosensor de silicio incorporado.
La tecnología de FoveonX3 es un gran avance en la tecnología tradicional de elementos semiconductores fotosensibles y tiene el efecto de subvertir la tecnología tradicional. Creo que FoveonX3 tendrá una buena perspectiva de desarrollo.
En términos de productos de píxeles de alta resolución, RuiSight Technology de Taiwán ha liderado recientemente la industria con el lanzamiento de sensores de imagen CMOS de 2,1 megapíxeles en lotes, y ya existen fábricas de lentes ópticas en Estados Unidos y Taiwán, que se lanzará en el tercer trimestre. En el trimestre se lanzó un módulo que combina un sensor CMOS con una lente, y las aplicaciones CMOS han comenzado a usarse en productos de cámaras digitales de 2 megapíxeles.
Sensor de imagen lineal CMOS DLIS-2K: el sensor de imagen lineal reconfigurable de puerto único más rápido del mundo Rango de medición: 200 nm ~ 1100 nm Señal de salida: señal digital El sensor de imagen digital DLIS-2K está hecho de Compuesto de 4 filas de píxeles. El sensor de imagen de matriz lineal DLIS-2K consta de 4 filas de píxeles, cada fila tiene 2081 píxeles ópticos y 16 píxeles negros.
Tres de las filas son píxeles cuadrados de 4x4 micras y una fila son píxeles rectangulares de 4x32 micras.
Al utilizar el método de muestreo múltiple correlacionado (CMS), la sensibilidad equivalente es de hasta 160 V/lux-s.
Cada fila puede controlar la exposición y la salida de forma arbitraria.
Además, el muestreo de fondo puede utilizar valores de muestreo múltiple correlacionado (CDS) regulares o configurarse en valores de luz ambiental controlados por el usuario.
El sensor está controlado por una interfaz serial de 3 cables e integra un convertidor analógico a digital (D/AD) distribuido de alta velocidad patentado de 8 bits a 11 bits, tecnologías XtremeIX y Activecolumnsensor para maximizar Función de aplicación.
Lectura ampliada: sensor de imagen CMOS de escaneo lineal configurable DLIS serie 2k.
El sensor DLIS-2k utiliza tecnología avanzada de píxeles de fotodiodo (APD) y la arquitectura IP de píxeles de imágenes patentada de Panavision.
Estos sensores de imagen lineal reconfigurados ofrecen un alto rendimiento a bajo costo y combinan alta sensibilidad, velocidad y versatilidad para satisfacer las necesidades de numerosas aplicaciones en los mercados de consumo, industrial, automotriz y tecnológico.
El mercado mundial de sensores de imagen tendrá un valor de 11.700 millones de dólares en 2012, según previsiones de analistas de empresas industriales globales.
En general, los sensores de imagen se utilizan en áreas como cámaras de vídeo, cámaras de seguridad e informáticas, dispositivos de comunicaciones portátiles y aplicaciones de electrónica de consumo, así como en áreas industriales y comerciales como biometría, visión artificial, Las aplicaciones para transmisiones, cámaras de cine y productos farmacéuticos continúan expandiéndose.
En la industria automotriz, existe una demanda de mayor velocidad angular, asientos ocupados, sensores de control de crucero, sistemas de cambio de carril y cámaras de visión trasera.
El generador de imágenes DLIS-2K es un sensor de cuatro cables con conversión A/D de 11 bits, alto rango dinámico y muestreo múltiple correlacionado (CMS) para una mayor sensibilidad.
El sensor se puede utilizar en análisis espectral, códigos de barras, pantallas táctiles, reconocimiento óptico de caracteres, visión artificial, medición y otras aplicaciones.
Estos avances tecnológicos patentados permiten la adquisición y lectura de imágenes en modos de alta resolución sin precedentes, incluida la flexibilidad en: sustracción de luz ambiental, sobremuestreo, modos de lectura no destructivos, múltiples integraciones, umbralización automática y lectura de píxeles de 120 MHz.
El sensor DLIS combina digitalización de 12 bits y umbralización automática con sustracción de luz ambiental.
Esto proporciona un chip de salida binaria simple que elimina el centro de masa de códigos de barras, pantallas táctiles o cualquier aplicación que requiera encontrar una ubicación o muchas partes de un sistema.
Los usuarios también pueden introducir señales analógicas para aplicaciones que puedan requerir digitalización.
Los modos de operación se pueden mezclar o combinar, con cuatro posibles combinaciones de píxeles, lo que convierte a esta línea en la mejor solución para muchas aplicaciones diferentes.
"Nuestro objetivo es proporcionar sensores de imagen programables a precios muy competitivos para abordar los crecientes mercados de códigos de barras y pantallas táctiles.
La tecnología de sensores de imagen CMOS para grúas torre y las capacidades de fabricación son mundiales. clase y la estrecha interacción entre el equipo de diseño y los ingenieros de grúas torre facilita una rápida producción en volumen", afirmó Jeffrey Zarnowski, director de tecnología de Panavision Imaging.
"Estamos entusiasmados de que los sensores de imagen lineal de Panavision se unan a nuestra familia, ya que estos productos mejorarán enormemente nuestra capacidad de producir innumerables dispositivos para una variedad de mercados.
Al combinar lo avanzado proceso de píxeles de fotodiodo (APD) con la arquitectura de imágenes IP de píxeles patentada de Panavision, se logran capacidades de imágenes que antes eran inalcanzables con imágenes lineales", dijo el Dr. Astrum, vicepresidente de Tower Semiconductor, unidad de negocios especializados de Tower Crane, dijo el Dr. Astrum, gerente general.
El aprovechamiento de la tecnología de 0,18 micrones de Tower permite convertidores analógicos a digitales selectivos de bits en el chip y velocidades de transferencia de datos más altas que los productos anteriores.
El proceso APD de Tata mejora la IP del píxel para lograr altas características de transferencia de carga más allá de la sensibilidad de los fotodiodos estándar.
La tecnología de Tata combinada con las imágenes y la arquitectura de Panavision permiten píxeles de 4 x 32 micrones con una sensibilidad de más de 100 voltios por lux.