¿Cuántos tipos de sensores de cámara existen?
Según el tipo de dispositivo fotosensible, la mayoría de lentes que utilizan las cámaras del mercado actualmente son CCD y CMOS. Entre ellos, el CCD (Charge Coupled Device, dispositivo de carga acoplada) es el más utilizado en fotografía. Debido a su mayor precio, los componentes de tecnología de alta gama en el escaneo de imágenes, CMOS (semiconductor complementario de óxido metálico, componentes semiconductores adicionales de óxido metálico) se utilizan principalmente en algunos productos de vídeo de gama baja.
La mayoría de las cámaras digitales que se venden en el mercado utilizan cámaras CMOS. En productos que utilizan CMOS como componentes fotosensibles, mediante el uso de tecnología de mejora automática de ganancia de fuente de luz de imagen, brillo automático, tecnología de control de balance de blancos, saturación de color, contraste, mejora de bordes y corrección gamma y otras tecnologías avanzadas de control de imagen, es completamente posible lograr efectos. comparable a las cámaras CCD. Debido a las condiciones y al desarrollo del mercado, sólo unos pocos fabricantes utilizan sensores de imagen CCD para cámaras. La razón principal es el alto costo de utilizar sensores de imagen CCD.
Información ampliada
Sensor de imagen El sensor de imagen utiliza la función de conversión fotoeléctrica de los dispositivos optoelectrónicos. Convierta la imagen de luz sobre la superficie fotosensible en una señal eléctrica proporcional a la imagen de luz. En comparación con los elementos fotosensibles de fuentes de luz "puntuales", como fotodiodos y fototransistores, el sensor de imagen es un dispositivo funcional que divide la imagen luminosa sobre la superficie receptora de luz en muchas unidades pequeñas y la convierte en señales eléctricas utilizables. Los sensores de imagen se dividen en tubos conductores de luz y sensores de imagen de estado sólido. En comparación con los tubos de cámara fotoconductores, los sensores de imagen de estado sólido tienen las características de tamaño pequeño, peso ligero, alta integración, alta resolución, bajo consumo de energía, larga vida útil y bajo precio. Por lo tanto, ha sido ampliamente utilizado en diversas industrias.
CCD
El CCD es un componente técnico de alta gama utilizado en fotografía, mientras que el CMOS se utiliza en productos con menor calidad de imagen. Su ventaja es que su coste de fabricación es inferior al de. CCD El consumo de energía también es mucho menor, razón por la cual muchos productos en el mercado que utilizan interfaces USB no requieren fuentes de alimentación externas y son baratos. Aunque existen grandes diferencias en tecnología, la brecha de rendimiento entre CCD y CMOS no es muy grande. Es solo que las cámaras CMOS tienen mayores requisitos para las fuentes de luz, pero este problema básicamente se ha resuelto. El tamaño de los componentes CCD es principalmente de 1/3 de pulgada o 1/4 de pulgada. Con la misma resolución, es mejor elegir un tamaño de componente más grande. El sensor de imagen también se llama elemento fotosensible.
Aplicaciones
¿Sensor de imagen?, o elemento fotosensible, es un dispositivo que convierte imágenes ópticas en señales electrónicas y es muy utilizado en cámaras digitales y otros dispositivos ópticos electrónicos. Los primeros sensores de imagen utilizaban señales analógicas, como los tubos de las cámaras de vídeo. Con el rápido desarrollo de la tecnología digital, la tecnología de fabricación de semiconductores e Internet, el mercado y la industria se enfrentan a la llegada de una era de gran integración de vídeo, audio y vídeo, y comunicaciones a través de diversas plataformas, que perfila la belleza de la vida diaria humana. en el futuro.
Con su aplicación en la vida diaria, es sin duda un producto de cámara digital, y su velocidad de desarrollo puede describirse como cambiante con cada día que pasa. En tan sólo unos años, las cámaras digitales han pasado de cientos de miles de píxeles a 4,5 millones de píxeles o incluso más. No sólo en los países desarrollados de Europa y América, las cámaras digitales ya ocupan un gran mercado, sino también en los países en desarrollo de China, el mercado de cámaras digitales también está creciendo a un ritmo alarmante. Por lo tanto, sus componentes clave: los productos de sensores de imagen se han convertido en los As actuales. Además de ser objeto de atención futura de la industria, atrae la inversión de muchos fabricantes.
Según las categorías de productos, los productos de sensores de imagen se dividen principalmente en tres tipos: sensores CCD, CMOS y CIS. Este artículo presentará principalmente la tecnología y el estado de desarrollo de la industria de los sensores CCD y CMOS.
Historia
El dispositivo fotosensible es el componente central de las cámaras industriales. Existen dos tipos de sensores de imagen: CMOS y CCD. El proceso único de CCD tiene las ventajas de un buen efecto de iluminación baja, una alta relación señal-ruido, una gran transparencia y una buena capacidad de reproducción del color. Se utiliza ampliamente en campos de alto nivel como el transporte y la atención médica. Debido a sus ventajas en imágenes, se seguirá utilizando durante mucho tiempo, pero al mismo tiempo, su alto costo y alto consumo de energía también restringen su espacio de desarrollo en el mercado.
CCD y CMOS tienen sus propias ventajas en diferentes escenarios de aplicación. Sin embargo, con la mejora continua de la tecnología y la tecnología CMOS y la continua disminución de los precios de los CMOS de alta gama, creo que en el futuro. En las cámaras de alta definición en la industria de la seguridad, CMOS ocupará una posición cada vez más importante.
El CCD (dispositivo de carga acoplada) se desarrolló con éxito en Bell Laboratories en 1969 y luego fue producido en masa por Nissho y otras empresas. Su historia de desarrollo ha durado casi 30 años. El CCD se puede dividir en dos tipos: lineal y de área. El lineal se utiliza en escáneres de imágenes y máquinas de fax, mientras que el área se utiliza principalmente en cámaras digitales (DSC), cámaras de vídeo y cámaras de vigilancia y otros productos de entrada de imágenes.
Características
Generalmente se cree que los sensores CCD tienen las siguientes ventajas:
Alta resolución
(Alta resolución): el tamaño del punto de la imagen Está al nivel de μm y puede detectar e identificar objetos finos para mejorar la calidad de la imagen. Desde 1 pulgada, 1/2 pulgada, 2/3 pulgada, 1/4 pulgada hasta el introducido 1/9 pulgada, el número de píxeles ha aumentado de más de 100.000 a 4-5 millones de píxeles;
Bajo ruido
(Bajo ruido) Alta sensibilidad: el CCD tiene un ruido de lectura muy bajo y un ruido de corriente oscura, lo que mejora la relación señal-ruido (SNR) y al mismo tiempo tiene alta sensibilidad y muy baja luminosidad. También se puede detectar luz incidente y su señal no se oscurecerá, lo que hace que la aplicación del CCD esté menos limitada por el clima;
Amplio rango dinámico
( Alto rango dinámico): al mismo tiempo detecta y distingue la luz fuerte y la luz débil, mejora el rango de uso del entorno del sistema y evita el contraste de la señal causado por grandes diferencias de brillo.
Buena curva característica lineal
(Linealidad): Existe una buena relación proporcional entre la intensidad de la fuente de luz incidente y el tamaño de la señal de salida, de modo que la información del objeto no se perderá y se reducirá el coste del procesamiento de compensación de señal;
Alta eficiencia de conversión de fotones (alta eficiencia cuántica): se puede registrar una irradiación de luz incidente muy débil si se combina con un tubo intensificador de imagen y una luz. proyector, las escenas distantes aún se pueden detectar incluso en noches oscuras;
Gran campo de visión
(Gran campo de visión): se pueden fabricar chips CCD de área grande utilizando tecnología de semiconductores Los CCD de 35 mm, que equivalen al tamaño de una película tradicional, han comenzado a utilizarse en las cámaras digitales, convirtiéndose en un componente clave para sustituir a las cámaras ópticas profesionales y ventajosas;
Respuesta espectral amplia: pueden detectar la luz. en una amplia gama de longitudes de onda, aumenta la flexibilidad de uso del sistema y amplía el campo de aplicación del sistema;
Baja distorsión de imagen
(Baja distorsión de imagen): uso de un sensor CCD , no habrá distorsión en el procesamiento de imágenes, lo que permitirá que la información del objeto original se refleje fielmente;
Tamaño pequeño y peso ligero
El CCD tiene las características de tamaño pequeño y peso ligero, por lo que puede instalarse fácilmente en satélites artificiales y diversos sistemas de navegación;
Bajo consumo de energía
No se ve afectado por campos electromagnéticos fuertes;
Buena eficiencia de transferencia de carga: Este coeficiente de eficiencia afecta la relación señal-ruido y la tasa de resolución. Si la eficiencia de transferencia de carga no es buena, la imagen se volverá borrosa;
Se puede producir en grandes cantidades, tiene una calidad estable y no es estable. resistente, no propenso a envejecer y fácil de usar y mantener.
Según el informe de investigación de 2001 de In-Stat sobre sensores de imagen globales, los siete principales fabricantes de la industria CCD son todos fabricantes japoneses y representan el 98,5% de la cuota de mercado mundial. son relativamente Los principales fabricantes distintivos deberían ser Sony, Philips y Kodak.
CMOS
Características
Los sensores CMOS adoptan el proceso CMOS, que es el más utilizado en circuitos semiconductores generales. Tiene alta integración, bajo consumo de energía. Velocidad rápida y características de bajo costo, se ha desarrollado rápidamente en un amplio rango dinámico y baja iluminación en los últimos años. CMOS es un semiconductor complementario de óxido metálico, que 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. La corriente generada por estos dos efectos complementarios puede registrarse e interpretarse como una imagen mediante el chip de procesamiento.
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 el método de escaneo progresivo de alta resolución utilizado por las cámaras de vigilancia de alta definición. Por lo tanto, después de ingresar a la era de la vigilancia de alta definición, CMOS ha sido reconocido gradualmente por. Las personas y las cámaras de vigilancia de alta definición generalmente utilizan sensores fotosensibles CMOS.
La principal ventaja del CMOS sobre el CCD es que ahorra mucha energía. A diferencia de los CCD compuestos por diodos, los circuitos CMOS casi no consumen energía estática. Esto hace que el consumo de energía del CMOS sea solo aproximadamente 1/3 del del CCD normal. El problema importante del CMOS es que al procesar imágenes que cambian rápidamente, se sobrecalentará debido a cambios de corriente demasiado frecuentes. No será un gran problema. Si la supresión no es buena, aparecerá ruido fácilmente.
Se han desarrollado dispositivos CMOS retroiluminados especiales para 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 cuanto a sensibilidad (S/N), lo que puede mejorar significativamente el efecto de disparo en condiciones de poca luz. Por lo tanto, disparar en entornos con poca luz puede reducir en gran medida el ruido.
Aunque los productos de cámaras megapíxeles basados en tecnología CMOS tienen deficiencias en entornos con poca luz y en el procesamiento de señales y ruido, esto no afectará fundamentalmente sus perspectivas de aplicación. Además, las grandes empresas internacionales relevantes están aumentando sus esfuerzos para resolver estos dos problemas. Se cree que en un futuro próximo, el efecto de CMOS será cada vez más cercano al de CCD, y el precio de los equipos CMOS será menor que ese. de equipos CCD.
Se ha convertido en un hecho indiscutible que la industria de la seguridad utiliza CMOS más que CCD. Aunque la resolución de los sensores CCD del mismo tamaño es mejor que la de los sensores CMOS, si no se consideran las restricciones de tamaño, la ventaja. La diferencia de CMOS en la velocidad de medición se puede superar de manera efectiva. Es difícil fabricar elementos fotosensibles de gran tamaño, por lo que CMOS tendrá más ventajas a resoluciones más altas. Además, la velocidad de respuesta del CMOS es más rápida que la del CCD, por lo que es más adecuado para las características de gran volumen de datos del monitoreo de alta definición.
Historia
En comparación con el CCD, CMOS tiene las ventajas de un tamaño pequeño, menos de 1/10 del consumo de energía del CCD y el precio es 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 inversión adicional en equipos, y la calidad puede mejorar con la mejora de la tecnología de semiconductores. Al mismo tiempo, hay muchas líneas de producción CMOS en las fábricas de obleas a nivel mundial, lo que también ayudará a reducir los costos durante la producción en masa en el futuro. Además, la mayor ventaja de los sensores CMOS es que tienen altos requisitos 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 integrar en un solo chip, incluso todos los chips, incluidos los posteriores. Los chips finales (Chip back-end), la memoria flash (Flash RAM), etc. también se pueden integrar en un solo chip (SYSTEM-ON-CHIP) para lograr el propósito de reducir el costo de producción de toda la máquina.
Debido a esto, hay muchos fabricantes que invierten 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. El fabricante líder a nivel mundial es Agilent (HP), con una cuota de mercado del 51%, ST (VLSI Vision) 16%, Omni Vision 13%, Hyundai 8% y Photobit 5% del total de estas cinco empresas. la participación alcanza el 93%.
Según las estadísticas de In-Stat, se espera que las ventas mundiales de sensores CMOS superen los 1.800 millones de dólares en 2004. CMOS crecerá rápidamente a una tasa de crecimiento anual compuesta del 62%, invadiendo gradualmente la aplicación de CCD dispositivos. Especialmente en el rápido desarrollo del campo de las aplicaciones para teléfonos móviles en 2013, los módulos de cámara basados en sensores de imagen CMOS ocuparán más del 80% de su mercado de aplicaciones.
Mercado
Los sensores de imagen CMOS son un mercado de productos emergente y los cambios en su participación de mercado no son tan constantes como los de las industrias maduras. Por ejemplo, en 1999, en el mercado CMOS, según envíos Las clasificaciones de proporción son Agilent, OmniVision, STM y Hyundai, con cuotas de mercado del 24%, 22%, 14% y 14% respectivamente. STM es un fabricante europeo y Hyundai es un fabricante coreano, pero la cuota de mercado es sólo posterior; Un año después, Competition, Agilent y OmniVision seguían ocupando el primer y segundo lugar en el ranking de envíos, y sus cuotas de mercado aumentaron hasta el 37,7% y el 30,8% respectivamente, mientras que STM ocupó el cuarto lugar y su cuota de mercado cayó bruscamente hasta el 4,8%.
En cuanto a Hyundai, su cuota de mercado ha disminuido drásticamente, quedando sólo en un 2,1%. Vale la pena mencionar que Photobi ha crecido significativamente en 2000, con su cuota de mercado global creciendo rápidamente hasta el 13,7%, ocupando el tercer lugar en el mundo. 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 muchas industrias y tecnologías.
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, y PDA, cámaras para PC y otros electrodomésticos de información emergentes. Además, otra estrategia exitosa de Agilent en 2000 fue la alianza estratégica con Logitech y Microsoft para ingresar al campo de los productos de mouse óptico. Sin embargo, se trataba de un producto CMOS de muy baja gama. , y no para capturar imágenes.
Por lo tanto, este número no se incluyó en las estadísticas globales de sensores de imagen, pero este movimiento muestra la intención de Agilent de introducir componentes ópticos basados en la tecnología CMOS.
Los principales productos de OmniVision incluyen: CIF (352 x 288), VGA (640 x 480), SVGA (800 x 600) y SXGA (1280 x 1024). El sensor de imagen CMOS de 1,3 megapíxeles desarrollado por Omnivision se está utilizando ampliamente en las cámaras digitales de la industria. La industria generalmente cree que los megapíxeles son el punto de inflexión entre el uso de CMOS y CCD. La entrada exitosa de CMOS en este mercado es suficiente para ilustrar la penetración del desarrollo de la tecnología CMOS en el mercado. En el futuro, puede reemplazar al CCD. Única aplicación para productos de imágenes de gama media a baja.
El sensor CMOS de grado CIF (352 x 288) desarrollado por Omnivision en mayo de 2001 se caracteriza por su bajo consumo de energía y su mercado objetivo se posiciona en los teléfonos móviles. Su estrategia de desarrollo de productos y sus principales estudios de investigación coinciden. En el mercado de la telefonía móvil, los módulos de cámara con módulo CMOS se han convertido en el producto más importante para aplicaciones de comunicación móvil.
Photobit logró mayor éxito en el año 2000. En 2001, Photobit tomó la iniciativa en el desarrollo del sensor de imagen CMOS del modelo de producto PB-0330. Este producto cuenta con un inversor lógico a digital de un solo chip. Es la segunda generación de VGA de 1/4 de pulgada (640 x). 480) también se lanzó al mismo tiempo. El sensor de imagen CMOS del modelo de producto -0111 es el CIF de 1/5 de pulgada (352 x 288) de segunda generación.
Photobit lanzó estos dos productos principalmente para cámaras digitales y productos digitales para cámaras de PC, y OmniVision CIF (352 x 288) se posicionó en el mercado de teléfonos móviles, lanzó CIF (352 x 288) y VGA (640). x 480), dos sensores de imagen con diferentes niveles de resolución, están destinados a comercializarse para cubrir los mercados de gama baja y media-alta.
Desarrollo
En 2013, la industria desarrolló una nueva tecnología para sensores 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, incluye 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 último desarrollo de la tecnología Foveon X3, lo que inmediatamente atrajo gran atención por parte de la industria. Foveon X3 es el primer conjunto de sensores de imagen del mundo que puede capturar todos los colores en un solo píxel. Los dispositivos de acoplamiento fotoeléctrico tradicionales sólo pueden detectar la intensidad de la luz, pero no pueden detectar la información del color. Necesitan detectar la información del color a través de un filtro de color, que llamamos filtro de Bayer. Foveon X3 detecta el color a través de diferentes profundidades en un píxel. La capa superficial detecta el azul, la segunda capa detecta el verde y la tercera capa detecta el rojo.
Se basa en el efecto de absorción del silicio sobre luz de diferentes longitudes de onda para lograr que un píxel detecte toda la información de color. Ya existen sensores de imagen CMOS que utilizan esta tecnología, y su producto de aplicación es el "Sigma SD9". "cámara digital.
Esta innovadora tecnología puede proporcionar imágenes más nítidas y mejores colores. En comparación con los sensores de imagen anteriores, X3 es el primero en detectar el color a través de un sensor fotoeléctrico de silicio incorporado. La tecnología de Foveon X3 es un gran avance para la tecnología fotosensible de semiconductores tradicional y tiene el efecto de subvertir la tecnología tradicional. Creo que Foveon X3 tendrá buenas perspectivas.
En términos de productos de píxeles de alta resolución, Sharp Vision Technology de Taiwán ha liderado recientemente la industria en el lanzamiento de sensores de imagen CMOS de 2,1 megapíxeles en lotes, y las empresas estadounidenses han cooperado con los fabricantes de lentes ópticos de Taiwán, Sanji. El módulo de sensor-lente CMOS y las aplicaciones CMOS han comenzado a utilizarse en productos de cámaras digitales de 2 megapíxeles.
Comparación
El CCD ofrece buena calidad de imagen, inmunidad al ruido y flexibilidad en el diseño de la cámara. Aunque el tamaño del sistema aumenta y la complejidad aumenta debido a la adición de circuitos externos, el diseño del circuito puede ser más flexible y puede mejorar el rendimiento de algunas cuestiones especiales de la cámara CCD tanto como sea posible. CCD es más adecuado para campos de aplicación que requieren un rendimiento de cámara muy alto pero un control de costos menos estricto, como astronomía, imágenes médicas de rayos X de alta definición y otras aplicaciones científicas que requieren tiempos de exposición prolongados y tienen requisitos estrictos en cuanto al ruido de la imagen.
CMOS es un sensor de imagen que se puede producir utilizando procesos contemporáneos de producción de circuitos integrados de semiconductores a gran escala. Tiene las características de alto rendimiento, alta integración, bajo consumo de energía y bajo precio. La tecnología CMOS es una tecnología que muchas empresas de investigación y desarrollo de semiconductores de sensores de imagen en el mundo están tratando de utilizar para reemplazar el CCD. Después de años de arduo trabajo, como sensor de imagen, CMOS ha superado muchas de sus deficiencias iniciales y se ha desarrollado a un nivel que puede competir con la tecnología CCD en términos de calidad de imagen.
El nivel de CMOS los hace más adecuados para aplicaciones que requieren poco espacio, tamaño pequeño y bajo consumo de energía pero que no tienen requisitos particularmente altos de ruido y calidad de imagen. Por ejemplo, la mayoría de las aplicaciones de inspección industrial con iluminación auxiliar, aplicaciones de seguridad y protección, y la mayoría de las aplicaciones de cámaras digitales comerciales de consumo.
Parámetros técnicos
Comprender los principios de imagen y los principales parámetros de los chips CCD y CMOS es muy importante para la selección de productos. Del mismo modo, el rendimiento de cámaras fabricadas con el mismo chip y con diseños diferentes también puede ser diferente.
Los principales parámetros de CCD y CMOS son los siguientes:
1. ¿Tamaño de píxel?
El tamaño de píxel se refiere al tamaño de cada píxel en el chip. matriz de píxeles. El tamaño físico real de la unidad. Los tamaños comunes incluyen 14 um, 10 um, 9 um, 7 um, 6,45 um, 3,75 um, etc. El tamaño de píxel refleja hasta cierto punto la capacidad del chip para responder a la luz. Cuanto mayor es el tamaño de píxel, más fotones puede recibir y más cargas puede generar en las mismas condiciones de iluminación y tiempo de exposición. Para imágenes con poca luz, el tamaño de píxel es una representación de la sensibilidad del chip.
2. ¿Sensibilidad?
La sensibilidad es uno de los parámetros importantes del chip y tiene dos significados físicos. Uno se refiere a la capacidad de conversión fotoeléctrica de un dispositivo óptico, que tiene el mismo significado que la capacidad de respuesta. Es decir, la sensibilidad del chip se refiere al voltaje de la señal de salida (corriente) por unidad de exposición dentro de un cierto rango espectral. La unidad puede ser nanoamperios/lux nA/Lux, voltio/vatio (V/W), voltio/lux (. V/Lux), voltio/lúmenes (V/lm). El otro se refiere a la potencia de radiación (o iluminación) del suelo que el dispositivo puede detectar, que tiene el mismo significado que la tasa de detección. La unidad se puede expresar en vatios (W) o lux (Lux).
3. ¿Número de píxeles defectuosos?
Debido a las limitaciones del proceso de fabricación, para un sensor con varios millones de píxeles, es casi imposible que todos los píxeles sean buenos. , la cantidad de píxeles muertos se refiere a la cantidad de píxeles muertos en el chip (píxeles que no se pueden visualizar de manera efectiva o píxeles cuya inconsistencia correspondiente es mayor que el rango de parámetros permitido). La cantidad de píxeles muertos es un parámetro importante para medir la calidad. del chip.
4. Respuesta espectral
La respuesta espectral se refiere a la capacidad del chip para responder a la luz de diferentes longitudes de onda, generalmente dada por una curva de respuesta espectral.
Desde la perspectiva de las tendencias de desarrollo de tecnología de productos, ya sea CCD o CMOS, la miniaturización y los píxeles altos siguen siendo los objetivos de la investigación y el desarrollo activos en la industria. Debido a que el tamaño de píxel es pequeño, la resolución del producto de imagen es mayor, la claridad es mejor, el volumen es menor y su rango de aplicación es más amplio.
A juzgar por las resoluciones de los dos sensores de imagen anteriores, habrá algunos años en el futuro en los que CCD seguirá siendo la corriente principal en los campos de aplicación por encima de 1,3 millones de píxeles a 2 millones de píxeles entre los siguientes. productos, los sensores CMOS se convertirán en la corriente principal. Los análisis de la industria predicen que los CMOS de 3 megapíxeles estarán en el mercado desde finales de 2014 hasta principios de 2015, y se predice que el momento en que las aplicaciones del mercado de CMOS superen a los CCD será generalmente entre 2004 y 2005.
Desarrollo actual
La relación de vídeo del sensor de imagen ahora es un hecho, utilizando una resolución de alta definición (HD) de 1080p, y el diseño de la cámara está avanzando hacia el uso de formatos ópticos más pequeños, lo que da como resultado la necesidad de una estructura de píxeles más pequeña para reducir el costo general del sistema sin comprometer el rendimiento de la imagen o la sensibilidad a la luz.
Los sensores de imagen CCD se han convertido gradualmente en la corriente principal de los sensores de imagen debido a su alta sensibilidad y bajo ruido. Sin embargo, debido a razones de proceso, los componentes sensibles y los circuitos de procesamiento de señales no se pueden integrar en el mismo chip, lo que da como resultado cámaras ensambladas con sensores de imagen CCD que son de gran tamaño y consumen mucha energía.
Los sensores de imagen CMOS son únicos en el mercado de sensores de imagen por su pequeño tamaño y bajo consumo de energía. Sin embargo, los sensores de imagen CMOS inicialmente disponibles en el mercado no han eliminado las deficiencias de la baja sensibilidad a la luz y la baja resolución de la imagen, y la calidad de la imagen no se puede comparar con la de los sensores de imagen CCD.
Si la sensibilidad a la luz del sensor de imagen CMOS se aumenta aún más de 5 a 10 veces y el ruido se reduce aún más, la calidad de imagen del sensor de imagen CMOS puede alcanzar o superar ligeramente el nivel de la imagen CCD. sensor manteniendo el volumen Con las ventajas de tamaño pequeño, peso ligero, bajo consumo de energía, alta integración y bajo precio, los sensores de imagen CMOS reemplazarán a los sensores de imagen CCD y desarrollarán un mejor rendimiento.
Debido a la aplicación de sensores de imagen CMOS, el desarrollo de sistemas de imagen de nueva generación se ha desarrollado enormemente y, con la formación de una escala económica, sus costos de producción también se han reducido. La calidad de imagen de los sensores de imagen CMOS ahora es comparable a la de los sensores de imagen CCD, principalmente debido a mejoras en el diseño del chip del sensor de imagen, así como a diseños submicrónicos y submicrónicos profundos que agregan nuevas funciones dentro de los píxeles.
En realidad, más precisamente, un sensor de imagen CMOS debería ser un sistema de imagen. Un sensor de imagen CMOS típico normalmente contiene: un núcleo de sensor de imagen (que multiplexa niveles de señal discretos en una única salida, muy parecido a un sensor de imagen CCD), toda la lógica secuencial, un único reloj y funciones programables en el chip, como ajuste de ganancia e integración. tiempo, ventanas y convertidores analógico-digital.
De hecho, cuando un diseñador compra un sensor de imagen CMOS, obtiene un sistema completo que incluye registros lógicos de matriz de imágenes, memoria, generadores de impulsos de sincronización y convertidores. En comparación con los sistemas de imagen CCD tradicionales, la integración de todo el sistema de imagen en un chip no solo reduce el consumo de energía, sino que también tiene las ventajas de ser más liviano, ocupar menos espacio y tener un precio general más bajo.
Fuente de referencia: Enciclopedia Baidu-Sensor de imagen