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用图像传感器设计:获取清晰画面

当你的同行在市场营销可能会念经“更加百万像素更好”的口号,抵制海妖歌声的诱惑。他们往往会是错误的。

不久前,在影像世界最热门的辩论,如果(如果有的话,当)系统设计者应该从传统的CCD图像传感器,然后胚胎,基于CMOS的接班人过渡。快进短短几年的技术转型基本完成。但所有最苛刻的应用 - 在分辨率,帧速率,低光灵敏度等方面 - 都热情拥抱CMOS新贵。 Digi-Key的支持产品线反映了这样的现实,是从如Aptina公司LLC和豪威科技公司的CMOS成像传感器平齐。

CMOS传感器的崛起仅仅是摩尔定律的必然性的最新案例。 CCD传感器的重模拟电路的依赖性意味着它们只能由铸造厂和自备晶圆厂IC供应商的短名单支持特种工艺制造。随着时间的推移,这些特种工艺也已经越来越无法跟上他们的商品CMOS同行的光刻技术前进的步伐,导致相当高的成本每像素。最后,CMOS传感器的传统工艺基础上实现了旁边的像素电路存储器和逻辑处理模块的可选集成。

传感器的缺点

正如事情是很少的黑色和白色,在工程领域,过渡到CMOS传感器已被证明是一个喜忧参半。 CMOS传感器显示更高的“暗电流”比的CCD,导致较差的低光性能和更严格的动态范围。此外,CCD的直接输出每个像素的累积电荷,其中芯片外处理转化成相应的电压测量结果和从模拟到数字域变换。

相反,CMOS传感器嵌入电荷到电压的功能块,以及放大,A / D转换,和其它电路,从而每个像素的填充因数造成不利影响 - 每个像素的总的硅面积专门用于光子捕获相对于百分比其他功能(参见图1)。

图1:增加管芯上的CMOS传感器的外围电路导致较低的填充因子(模具的百分比是专门光子捕获与其他功能)比与CCD前体。 (Eastman Kodak公司提供)。

微透镜和位于上面的象素,以及先进的像素设计和互连技术的其它类似功能的结构,可以抵消填充因子的缺点在一定程度上(见图2)。然而,它们不是一个完美的解决方案,并且当对,例如,一个微透镜较少的替代相比它们列入负面地影响传感器的制造成本。背面照度,设计技术,搬迁有源矩阵晶体管和像素“的感光层低于其互连痕迹,还提高了低环境光照的结果。



图2:微透镜,上方的图像传感器像素(一)在一个数组,(B),减少但不排除填充因子相关的低光性能短的缺憾(c)在变得更加尖锐的像素尺寸减小。 (Eastman Kodak公司提供)。

摩尔定律的趋势,前面提到的 - 没趋势启用电路集成加班硅的给定大小的条子越来越高的水平 - 一般havebeen友好的半导体制造设备。然而,德新闻处理不当被鼓励的图像传感器。缩小像素尺寸在搜索越来越高像素数的和,填充因子缺陷一旁,固有所以减少光子的数目确实每个像素的传感器可以捕获并堆积在时间的一个给定时期。综观Aptina的产品在Digi-Key的产品目录,例如,你会发现没有,而VGA分辨率的传感器具有约6×6微米像素尺寸,Aptina的500万像素的传感器,降低了每个像素大小为〜2.2×2.2微米,更高分辨率的产品向更小的1.67 x 1.67微米像素度量萎缩。

其他图像传感器供应商的产品也提出了类似像素尺寸的减少,因为他们爬上梯子的分辨率。如果试图通过扩增出来的像素的信号,以抵消减小光子计数的趋势,所以你放大的噪声。结果,网上消费者的反馈数据库的粗略细读就会发现很快,丰富用户的无奈与更新,所谓'好'的摄像头并提供较贫穷的整体图像比低分辨率他们的前辈。

内存,处理负担

噪音等恶劣的神器填充快照是不是你将在Amazon.com的反馈页面和其他志同道合的网站遇到的唯一主题。另一种常见的投诉涉及慢速快门按钮按下至图像采集速度,非常久远相关长卡到卡延迟 - 沉默的形象等同的视频捕捉低帧速率。这两个因素是从根本上关系到每增加画面分辨率,因此导致增加为每个图像处理负担。简单的数学突出的根本原因 - 在500万像素(2592〜1944年x有效像素)的传感器都有VGA(640×480有效像素)的兄弟姐妹超过16倍的像素,需要更多的处理能力来抑制感应噪声高的分辨率。

摩尔定律的趋势影响图像处理器的能力随着时间的推移,太。整合的逻辑和时钟速度提高到一定程度上抵消传感器的分辨率驱动更高的处理需求。幸运的是,图像压缩和其它处理任务是特别适合于并行处理技术。然而,所有其他因素相同,一个设计围绕更高分辨率StillImages(或帧,在视频的情况下)需要更大,更昂贵,更耗电图像比不小的分辨率的替代设计方法的处理器,

请记住,也没有高价位的处理器将不会是唯一的IC确实产生了负面影响总材料清单成本。 MorePixels需要更多的内存来保存他们(和他们的中介份)的初始捕获,最终归档,并最终传递的处理功能的序列中。更多和更大的存储设备意味着更多的成本支出,更多的权力烧毁(包括定期刷新,在DRAM的情况下),需要更多的接口引脚,并且消耗更多的电路板空间。相反,低分辨率传感器的输出,你甚至可以利用,而不是需要依靠独立的存储设备的嵌入式RAM阵列的SoC中。
(责任编辑:Ondy)

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