Sensor de cámara de teléfono móvil
Como nueva función de disparo de los teléfonos móviles, las funciones de las cámaras digitales integradas son las mismas que las de las cámaras digitales de gama baja (100.000-1,3 millones de píxeles) que vemos habitualmente. En comparación con las cámaras tradicionales, que utilizan "película" como soporte para registrar información, la "película" de una cámara digital es su sensor de imágenes, que está integrado con la cámara y es el corazón de la cámara digital. El fotorreceptor es el núcleo de las cámaras digitales y la tecnología más crítica. Actualmente, hay dos componentes principales de imágenes en las cámaras digitales de los teléfonos móviles: uno es el elemento CCD (acoplamiento de carga) ampliamente utilizado y el otro es el dispositivo CMOS (conductor de óxido metálico complementario). El sensor de imagen del dispositivo de carga acoplada CCD (dispositivo de carga acoplada), que está hecho de un material semiconductor altamente sensible, puede convertir la luz en carga eléctrica y convertirla en una señal digital a través de un chip convertidor de analógico a digital. La señal digital se comprime. y luego la memoria flash dentro de la cámara o la tarjeta de disco duro incorporada la guarda, por lo que los datos se pueden transferir fácilmente a la computadora y la imagen se puede modificar según las necesidades y la imaginación con la ayuda de los medios de procesamiento de la computadora. . Un CCD se compone de muchas unidades fotosensibles, normalmente medidas en megapíxeles. Cuando la superficie del CCD se ilumina con luz, cada unidad fotosensible reflejará la carga del componente y las señales generadas por todas las unidades fotosensibles se suman para formar una imagen completa.
En comparación con la película tradicional, el CCD se acerca más a la forma en que el ojo humano trabaja en la visión. Sin embargo, la retina del ojo humano está compuesta de células bastoncillos responsables de la detección de la intensidad de la luz y células cónicas responsables de la detección del color, que trabajan juntas para formar sensores visuales. Después de 35 años de desarrollo, se han finalizado la forma general y el modo de funcionamiento del CCD. El CCD se compone principalmente de una rejilla en forma de mosaico, una lente condensadora y una matriz de circuito electrónico en la parte inferior. De los principios de funcionamiento de los dos dispositivos fotosensibles se puede ver que la ventaja del CCD es la buena calidad de imagen. Sin embargo, debido al complejo proceso de fabricación, sólo unos pocos fabricantes pueden dominarlo, lo que genera altos costos de fabricación, especialmente para CCD grandes. , que son muy caros.
A la misma resolución, CMOS es más barato que CCD, pero la calidad de imagen producida por los dispositivos CMOS es inferior a la de CCD. Hasta ahora, la mayoría de las cámaras digitales de consumo y de alta gama del mercado utilizan sensores CCD; los sensores CMOS se utilizan como productos de gama baja en algunas cámaras. Si algún fabricante de cámaras utiliza sensores CCD para las cámaras, los fabricantes no escatimarán esfuerzos. promocionarla como un punto de venta, e incluso llamarla "cámara digital". Durante un tiempo, si tiene un sensor CCD se ha convertido en uno de los criterios para juzgar la calidad de las cámaras digitales.
Una de las ventajas de los sensores de imagen CMOS es que el consumo de energía es menor que el de los CCD. Para proporcionar una calidad de imagen excelente, los CCD pagan el precio de un mayor consumo de energía para garantizar una carga fluida. transmisión y reducir el ruido. El efecto de transmisión debe mejorarse mediante una diferencia de alto voltaje. Sin embargo, el sensor de imagen CMOS convierte la carga de cada píxel en voltaje, la amplifica antes de leerla, puede funcionar con una fuente de alimentación de 3,3 V y su consumo de energía es menor que el de un CCD. Otra ventaja del sensor de imagen CMOS es su alta integración con circuitos periféricos. Puede integrar el ADC y el procesador de señal para reducir en gran medida el tamaño. Por ejemplo, un sensor de imagen CMOS solo necesita una fuente de alimentación, pero un CCD requiere tres o cuatro. Dado que los procesos del ADC y del procesador de señal son diferentes de los del CCD, es difícil reducir el tamaño del kit CCD. Pero hoy en día, el principal problema que deben resolver los sensores de imagen CMOS es reducir la generación de ruido. Si los sensores de imagen CMOS en el futuro pueden cambiar el destino de ser suprimidos por CCD durante mucho tiempo, el desarrollo futuro de la tecnología es un tema importante. llave. El CCD fue desarrollado por los Laboratorios Bell de Investigación en Estados Unidos en 1969. En la década de 1980, aunque los sensores de imagen CCD tenían defectos, finalmente superaron las dificultades gracias a la investigación continua, y en la segunda mitad de la década de 1980 se fabricaron CCD de alta resolución y alta calidad. En la década de 1990 se fabricaron CCD de alta resolución con megapíxeles. En ese momento, el desarrollo de los CCD avanzaba a pasos agigantados. Han pasado más de 20 años desde que se desarrollaron los CCD.
Desde mediados de la década de 1990, la tecnología CCD se ha desarrollado rápidamente. Al mismo tiempo, el área unitaria del CCD se ha vuelto cada vez más pequeña. Sin embargo, para mejorar la calidad de las imágenes y al mismo tiempo reducir el área del CCD, SONY desarrolló el SUPER HAD CCD en 1989. Este nuevo dispositivo fotosensible se basa en la ampliación del amplificador interno del componente CCD mientras se reduce el área del CCD. calidad de imagen. Más tarde, aparecieron uno tras otro NEW STRUCTURE CCD, EXVIEW HAD CCD y la tecnología de filtro de cuatro colores (aplicada específicamente a SONY F828).
Para CMOS, es conveniente para la producción en masa, rápida y de bajo costo, y será la dirección de desarrollo de componentes clave de las cámaras digitales. Además, debido a la plasticidad inherente del CMOS, se pueden fabricar fotorreceptores CMOS grandes con muchos píxeles sin aumentar mucho el coste. En comparación con el estancamiento del CCD, CMOS ha demostrado una gran vitalidad como nueva tecnología. Como componente central de las cámaras digitales, los fotorreceptores CMOS han reemplazado gradualmente a los fotorreceptores CCD y se espera que se conviertan en los fotorreceptores convencionales en un futuro próximo. Para las cámaras digitales, hay dos factores principales que determinan la imagen del dispositivo fotosensible: uno es el área del dispositivo fotosensible y el otro es la profundidad de color del dispositivo fotosensible.
Cuanto mayor sea el área del dispositivo fotosensible, más grande será la imagen. En las mismas condiciones, se pueden registrar más detalles de la imagen, la interferencia entre cada píxel es menor y la calidad de la imagen es mejor. Sin embargo, a medida que las cámaras digitales se vuelven modernas y compactas, el área de los dispositivos fotosensibles solo puede volverse cada vez más pequeña.
Además del área, el dispositivo fotosensible también tiene un indicador importante, que es la profundidad de color, es decir, los bits de color, que es cuántos dígitos binarios se utilizan para registrar los tres colores primarios. Los dispositivos fotosensibles de las cámaras digitales no profesionales son generalmente de 24 bits y el muestreo de alta gama es de 30 bits, mientras que la grabación sigue siendo de 24 bits. Los dispositivos de imágenes de las cámaras digitales profesionales son de al menos 36 bits. Se dice que el CCD de 48 bits ya está disponible. Para un dispositivo de 24 bits, el valor de brillo máximo que la unidad fotosensible puede registrar es 2^8=256 niveles. Cada color primario está representado por un número binario de 8 bits. El color máximo que se puede registrar es 256x256x256, aproximadamente 16. ,77 Miles de tipos. Para un dispositivo de 36 bits, la unidad fotosensible puede registrar valores de brillo de hasta 2^12=4096 niveles. Cada color primario está representado por un número binario de 12 bits. El color máximo que se puede registrar es 4096x4096x4096, aproximadamente 6,87. mil millones de colores. Por ejemplo, si el brillo de la parte más brillante de un determinado sujeto es 400 veces el brillo de la parte más oscura, si lo fotografía con una cámara digital utilizando un dispositivo fotosensible de 24 bits, si lo expone según las condiciones de poca luz parte, cualquier parte con un brillo superior a 256 partes se sobreexpone y las capas se pierden, formando puntos brillantes. Si expone de acuerdo con las partes resaltadas, todas las partes por debajo de cierto brillo quedarán subexpuestas. Al usar un dispositivo fotosensible de 36 bits, no existe tal problema.