{"id":12970,"date":"2024-07-26T02:01:29","date_gmt":"2024-07-26T02:01:29","guid":{"rendered":"https:\/\/dgzx.hk?p=12970"},"modified":"2024-07-26T02:11:24","modified_gmt":"2024-07-26T02:11:24","slug":"camera-module-cmos-image-sensor-selection-guide","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/dgzx.hk\/de\/auswahlhilfe-fur-kameramodul-cmos-bildsensoren\/","title":{"rendered":"Kameramodul CMOS Bildsensor Auswahlhilfe"},"content":{"rendered":"
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Einf\u00fchrung in den CMOS-Bildsensor<\/strong><\/span><\/p>\n<\/section>\n<\/section>\n<\/section>\n<\/section>\n

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Bildsensoren sind Ger\u00e4te, die Lichtsignale in elektrische Signale umwandeln und im digitalen Fernsehen und in der visuellen Kommunikation weit verbreitet sind. Derzeit sind die beiden am h\u00e4ufigsten verwendeten CCD-Sensoren (Charge-Coupled Device) und CMOS-Sensoren (Complementary Metal Oxide Semiconductor).
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Unter ihnen sticht CMOS derzeit am meisten hervor und gilt als das Verfahren mit dem gr\u00f6\u00dften Entwicklungspotenzial.<\/span><\/p>\n

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Der CMOS-Bildsensor ist ein typischer Festk\u00f6rper-Bildsensor, der normalerweise aus einem bildempfindlichen Einheitsarray, einem Zeilentreiber, einem Spaltentreiber, einer Zeitsteuerungslogik, einem AD-Wandler, einer Datenbus-Ausgangsschnittstelle, einer Steuerschnittstelle und anderen Teilen besteht. Diese Teile sind normalerweise auf demselben Siliziumchip integriert. Sein Arbeitsprozess kann im Allgemeinen in Zur\u00fccksetzen, fotoelektrische Umwandlung, Integration und Auslesen unterteilt werden.<\/span><\/p>\n

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Auf dem CMOS-Bildsensorchip k\u00f6nnen auch andere digitale Signalverarbeitungsschaltungen integriert werden, wie etwa AD-Wandler, automatische Belichtungssteuerung, Ungleichm\u00e4\u00dfigkeitskompensation, Wei\u00dfabgleichverarbeitung, Schwarzwertsteuerung, Gammakorrektur usw. Um schnelle Berechnungen durchzuf\u00fchren, k\u00f6nnen sogar DSP-Ger\u00e4te mit programmierbaren Funktionen mit CMOS-Ger\u00e4ten integriert werden, um eine Ein-Chip-Digitalkamera und ein Bildverarbeitungssystem zu bilden.<\/span><\/p>\n

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Genauer gesagt sollte ein CMOS-Bildsensor als Bildsystem betrachtet werden. Tats\u00e4chlich erh\u00e4lt ein Designer, der einen CMOS-Bildsensor kauft, ein komplettes System mit Bildarray-Logikregistern, Speicher, Taktgebern und Konvertern.<\/span><\/p>\n

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Funktionsprinzip des CMOS-Bildsensors<\/strong>
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1. Pixelstruktur der MOS-R\u00f6hre<\/strong><\/span><\/p>\n<\/section>\n

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Der MOS-Transistor und die Fotodiode bilden einen strukturellen Querschnitt, der einem Pixel entspricht. W\u00e4hrend der Lichtintegrationsperiode ist der MOS-Transistor abgeschaltet und die Fotodiode erzeugt entsprechend der Intensit\u00e4t des einfallenden Lichts entsprechende Tr\u00e4ger und speichert sie am PN-\u00dcbergang der Quelle (Position \u2460 in der Abbildung unten).<\/span><\/p>\n<\/section>\n

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Wenn die Integrationsperiode endet, wird ein Scan-Impuls an das Gate des MOS-Transistors angelegt, wodurch dieser eingeschaltet wird, die Fotodiode auf das Referenzpotential zur\u00fcckgesetzt wird und ein Videostrom durch die Last flie\u00dft, dessen Gr\u00f6\u00dfe der einfallenden Lichtintensit\u00e4t entspricht.<\/span><\/p>\n

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Der PN-\u00dcbergang der MOS-Transistorquelle \u00fcbernimmt die Funktion der fotoelektrischen Umwandlung und der Tr\u00e4gerspeicherung. Wenn ein Impulssignal an das Gate angelegt wird, wird das Videosignal ausgelesen.<\/span><\/p>\n

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2. CMOS-Bildsensor-Array-Struktur<\/strong><\/span><\/p>\n<\/section>\n

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Die CMOS-Pixelarraystruktur besteht aus einem horizontalen Schieberegister, einem vertikalen Schieberegister und einem CMOS-Pixelarray.<\/span><\/p>\n<\/section>\n

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CMOS-Sensorarray-Struktur<\/span><\/p>\n

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(1-vertikales Schieberegister; 2-horizontales Schieberegister; 3-horizontaler Scanschalter; 4-vertikaler Scanschalter; 5-Pixel-Array; 6-Signalleitung; 7-Pixel)<\/span><\/p>\n

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Wie oben erw\u00e4hnt, fungiert jeder MOS-Transistor unter der Impulsansteuerung der horizontalen und vertikalen Abtastschaltungen als Schalter. Das horizontale Schieberegister schaltet nacheinander die MOS-Transistoren ein, die die horizontale Abtastfunktion von links nach rechts spielen, d. h. die Funktion der Spaltenadressierung, und das vertikale Schieberegister adressiert nacheinander die Zeilen des Arrays.<\/span><\/p>\n

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Jedes Pixel besteht aus einer Fotodiode und einem MOS-Transistor, der als vertikaler Schalter fungiert. Der horizontale Schalter wird unter der Einwirkung des vom horizontalen Schieberegister erzeugten Impulses nacheinander eingeschaltet, und der vertikale Schalter wird unter der Einwirkung des vom vertikalen Schieberegister erzeugten Impulses eingeschaltet, sodass die Referenzspannung (Vorspannung) nacheinander an die Fotodiode des Pixels angelegt wird.<\/span><\/p>\n<\/section>\n

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3. Funktionsprinzip und Prozess des CMOS-Bildsensors<\/strong><\/span><\/p>\n<\/section>\n

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Dem Funktionsblockdiagramm des CMOS-Bildsensors zufolge l\u00e4sst sich feststellen, dass der Arbeitsablauf des CMOS-Bildsensors im Wesentlichen in die folgenden drei Schritte unterteilt ist.<\/span><\/p>\n<\/section>\n

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Funktionsblockdiagramm eines CMOS-Bildsensors<\/span><\/p>\n

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Schritt 1: Externes Licht bestrahlt das Pixel-Array, wodurch ein photoelektrischer Effekt entsteht und entsprechende Ladungen in der Pixeleinheit erzeugt werden.<\/strong><\/span><\/p>\n

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Die Szene wird durch die Abbildungslinse auf das Bildsensorarray fokussiert. Das Bildsensorarray ist ein zweidimensionales Pixelarray. Jedes Pixel enth\u00e4lt eine Fotodiode. Die Fotodiode in jedem Pixel wandelt die Lichtintensit\u00e4t auf ihrer Arrayoberfl\u00e4che in ein elektrisches Signal um.<\/span><\/p>\n

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Schritt 2: W\u00e4hlen Sie \u00fcber die Zeilenauswahlschaltung und die Spaltenauswahlschaltung das Pixel aus, das Sie bedienen m\u00f6chten, und lesen Sie das elektrische Signal auf dem Pixel.<\/strong><\/span><\/p>\n


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W\u00e4hrend des Gating-Prozesses kann die Zeilenauswahl-Logikeinheit das Pixelarray zeilenweise oder abwechselnd scannen, und dasselbe gilt f\u00fcr die Spalten. Die Zeilenauswahl-Logikeinheit und die Spaltenauswahl-Logikeinheit k\u00f6nnen zusammen verwendet werden, um die Fensterextraktionsfunktion des Bildes zu realisieren.<\/span><\/p>\n

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Schritt 3: F\u00fchren Sie eine Signalverarbeitung an den entsprechenden Pixeleinheiten durch.<\/strong><\/span><\/p>\n


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Die Bildsignale in den Zeilenpixeleinheiten werden \u00fcber die Signalbusse ihrer jeweiligen Spalten an die entsprechenden analogen Signalverarbeitungseinheiten und A\/D-Wandler \u00fcbertragen und zur Ausgabe in digitale Bildsignale umgewandelt. Die Hauptfunktion der analogen Signalverarbeitungseinheiten besteht darin, die Signale zu verst\u00e4rken und das Signal-Rausch-Verh\u00e4ltnis zu verbessern.<\/span><\/p>\n

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Nachdem das elektrische Pixelsignal verst\u00e4rkt wurde, wird es zur Verarbeitung an die korrelierte Doppelabtastung (CDS)-Schaltung gesendet. Die korrelierte Doppelabtastung ist eine wichtige Methode, die von hochwertigen Ger\u00e4ten verwendet wird, um St\u00f6rungen zu eliminieren. Das Grundprinzip besteht darin, dass der Bildsensor zwei Ausg\u00e4nge erzeugt, einen f\u00fcr das Echtzeitsignal und den anderen f\u00fcr das Referenzsignal. Gleiche oder verwandte St\u00f6rsignale werden durch die Differenz der beiden Signale entfernt.<\/span><\/p>\n

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Mit dieser Methode lassen sich KTC-Rauschen, Reset-Rauschen und FPN-Festmusterrauschen (Fixed Pattern Noise) reduzieren, au\u00dferdem kann 1\/f-Rauschen reduziert und das Signal-Rausch-Verh\u00e4ltnis verbessert werden. Dar\u00fcber hinaus k\u00f6nnen damit auch Signalintegration, Verst\u00e4rkung, Abtastung, Halten und andere Funktionen durchgef\u00fchrt werden.<\/span><\/p>\n

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Anschlie\u00dfend wird das Signal an einen Analog-\/Digital-Wandler ausgegeben und in ein digitales Ausgangssignal umgewandelt.<\/span><\/p>\n

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Um eine praktische Kamera von qualifizierter Qualit\u00e4t zu erhalten, muss der Chip au\u00dferdem verschiedene Steuerschaltungen enthalten, wie z. B. eine Belichtungszeitsteuerung, eine automatische Verst\u00e4rkungssteuerung usw. Damit sich jeder Teil der Schaltung im Chip in einem bestimmten Takt bewegt, m\u00fcssen mehrere Zeitsteuersignale verwendet werden. Um die Anwendung der Kamera zu erleichtern, muss der Chip auch einige Zeitsignale ausgeben, wie z. B. Synchronisationssignale, Zeilenstartsignale, Feldstartsignale usw.<\/span><\/p>\n


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Anwendungsgebiete von CMOS-Bildsensoren<\/strong><\/span><\/p>\n<\/section>\n<\/section>\n<\/section>\n

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CMOS-Bildsensoren haben die Vorteile kleiner Gr\u00f6\u00dfe, geringen Stromverbrauchs, niedriger Preise und Massenproduktion und machen 90 % des Bildsensormarktes aus. Sie werden h\u00e4ufig in Digitalkameras, Smartphones, autonomem Fahren, Sicherheit, dem Internet der Dinge und anderen Bereichen eingesetzt und haben in Zukunft ein enormes Marktpotenzial.<\/span><\/p>\n

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    digital <\/strong>Kamera<\/strong><\/span><\/p>\n<\/li>\n<\/ul>\n

    In den Anfangsjahren der Digitalkameras verwendeten die meisten Digitalkameras CCD-Bilder. Sp\u00e4ter entwickelte sich CMOS jedoch schnell weiter und wurde zu einem unverzichtbaren Bestandteil von Spiegelreflexkameras f\u00fcr den Heimgebrauch.
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    Obwohl CMOS CCD in Farbs\u00e4ttigung und Textur etwas unterlegen ist, kann der CMOS-Verarbeitungschip dies ausgleichen, sodass es in anderen Aspekten, wie etwa Rauschunterdr\u00fcckungsmechanismus, schnelle Lesegeschwindigkeit, Energieeinsparung usw., immer noch besser ist als CCD. Auf dem Markt gibt es viele Hochleistungs-Spiegelreflexkameras, die die oben genannten Eigenschaften aufweisen.<\/span><\/p>\n

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      Smartphone<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n<\/li>\n<\/ul>\n

      Wie wir alle wissen, waren mobile Endger\u00e4te schon immer ein wichtiger Markt f\u00fcr CMOS-Bildsensoren. Dual-Kameras und 3D-Kameras werden h\u00e4ufig in Smartphones verwendet. Durch das Hinzuf\u00fcgen von Objektiven k\u00f6nnen Mobiltelefonhersteller die L\u00fccke zwischen ihren Verkaufsstrategien und denen der Konkurrenz vergr\u00f6\u00dfern. Die Hersteller installieren immer aktiver Kameramodule und verwenden insbesondere 2 bis 5 Millionen Low-Pixel-Funktionsobjektive, um die Anzahl der Objektive in ihren Produkten zu erh\u00f6hen.
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      Generell k\u00f6nnen CMOS-Sensoren in r\u00fcckseitig beleuchtete CMOS-Sensoren und gestapelte CMOS-Sensoren unterteilt werden.<\/span><\/p>\n

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      Der r\u00fcckseitig beleuchtete CMOS-Sensor schaltet die Fotodiode und die Verdrahtungsschicht so um, dass das Licht zuerst in die lichtempfindliche Fotodiode eintritt, wodurch die Empfindlichkeit erh\u00f6ht und der Aufnahmeeffekt bei schlechten Lichtverh\u00e4ltnissen deutlich verbessert wird. Wie wir alle wissen, sind iPhone, Xiaomi und Meizu mit solchen Sensoren ausgestattet.<\/span><\/p>\n

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      Der gestapelte CMOS-Sensor ist eine Weiterentwicklung des r\u00fcckseitig beleuchteten CMOS-Sensors. Er wird in Handykameras am h\u00e4ufigsten verwendet und ist die modernste Technologie und eine exklusive Technologie von Sony.<\/span><\/p>\n

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        Autopilot<\/span><\/strong><\/span><\/p>\n<\/li>\n<\/ul>\n

        Heute ist der Automobilmarkt nach Mobiltelefonen der zweitgr\u00f6\u00dfte Anwendungsbereich f\u00fcr CMOS-Sensoren.<\/span><\/p>\n

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        Mit der Entwicklung der autonomen Fahrtechnologie ist die Nachfrage nach fahrzeugmontierten Kameras rasant gestiegen. Jede zus\u00e4tzliche Kamera erfordert einen zus\u00e4tzlichen CMOS-Sensor, was das Wachstum des CMOS-Marktes direkt vorantreibt.<\/span><\/p>\n

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        Laut der j\u00fcngsten Prognose der Yole Group ist der Marktwert von CMOS-Bildsensoren von 2016 bis 2022 um 1TP45,5 Milliarden US-Dollar gestiegen und ist damit das am schnellsten wachsende und prozentual st\u00e4rkste Segment unter den Automobilsensoren (einschlie\u00dflich verschiedener Radare, Sensoren usw.).<\/span><\/p>\n

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          Sicherheitsfeld<\/strong><\/span><\/p>\n<\/li>\n<\/ul>\n

          Im Bereich der Sicherheits\u00fcberwachung m\u00fcssen visuelle Informationen \u00fcber Kameras gewonnen werden, wof\u00fcr CMOS-Bildsensoren erforderlich sind. In den letzten Jahren hat sich der Umfang des gesamten Marktes f\u00fcr Sicherheits\u00fcberwachung durch die tiefe Integration der Sicherheitsbranche mit Technologien wie k\u00fcnstlicher Intelligenz, Big Data und Cloud-Computing weiter vergr\u00f6\u00dfert. Von dem Gesamtproduktionswert der chinesischen Sicherheitsbranche von 851 Milliarden Yuan im Jahr 2020 entfielen 510 Milliarden Yuan auf Sicherheitsprojekte, 260 Milliarden Yuan auf Sicherheitsprodukte und 81 Milliarden Yuan auf den Markt f\u00fcr Betrieb, Wartung und Service. In Zukunft wird mit der weiteren Implementierung der Infrastruktur der Sicherheitsbranche der Umfang des CIS-Marktes im Bereich der Sicherheits\u00fcberwachung weiter wachsen.<\/span><\/p>\n

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            IOT (Internet der Dinge)-Feld<\/strong><\/span><\/p>\n<\/li>\n<\/ul>\n

            Im Bereich IOT m\u00fcssen zahlreiche elektronische Hardwareger\u00e4te mit Kameramodulen ausgestattet werden, um Bild-, Gesichtserkennungs-, Videoanruf- und andere Funktionen zu realisieren. Dazu z\u00e4hlen beispielsweise Fernseher, intelligente Lautsprecher, Drohnen, VR\/AR und andere Produkte. Dar\u00fcber hinaus werden in medizinischen und industriellen Systemen zahlreiche CMOS-Bildsensoren ben\u00f6tigt. Derzeit versuchen die medizinischen und wissenschaftlichen Forschungsbereiche, die meisten alten Produkte durch kosteng\u00fcnstigere und effektivere CMOS-Sensoren zu ersetzen. Mit der Entwicklung der maschinellen Bildverarbeitung werden in immer mehr industriellen Produktionslinien Bildsensoren eingef\u00fchrt, um die Produktionseffizienz und -qualit\u00e4t zu verbessern.<\/span><\/p>\n


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            Auswahl des Canon CMOS-Bildsensors<\/strong><\/span><\/p>\n<\/section>\n<\/section>\n<\/section>\n

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            Produktliste der Canon CMOS-Bildsensoren<\/strong><\/span><\/p>\n<\/section>\n

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            Hochaufl\u00f6sende Produkte<\/strong><\/span><\/p>\n

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            Produktserie f\u00fcr industrielle Bildverarbeitung\/\u00dcberwachung<\/span><\/strong><\/p>\n

            \"3e4a2bd408e0fa92d30c01b5efc0365a.png\"\/<\/span><\/strong><\/p>\n

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            Introduction to CMOS Image Sensor Image sensors are devices that convert light signals into electrical signals and are widely used in the digital television and visual communication markets. Currently, the two most widely used are CCD (Charge-Coupled Device) and CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor). Among them, CMOS is currently the most eye-catching and is considered to have the greatest development potential. CMOS image sensor is a typical solid-state imaging sensor, usually composed of image sensitive unit array, row driver, column driver, timing control logic, AD converter, data bus output interface, control interface and other parts. These parts are usually integrated on the same silicon chip. Its working process can generally be divided into reset, photoelectric conversion, integration and readout. Other digital signal processing circuits can also be integrated on the CMOS image sensor chip, such as AD converters, automatic exposure control, non-uniformity compensation, white balance processing, black level control, gamma correction, etc. In order to perform fast calculations, even DSP devices with programmable functions can be integrated with CMOS devices to form a single-chip digital camera and image processing system. More precisely, a CMOS image sensor should be considered an image system. In fact, when a designer buys a CMOS image sensor, he or she gets a complete system including image array logic registers, memory, timing pulse generators, and converters. Working Principle of CMOS Image Sensor 1. Pixel structure of MOS tube The MOS transistor and the photodiode form a structural cross-section equivalent to a pixel. During the light integration period, the MOS transistor is cut off, and the photodiode generates corresponding carriers according to the intensity of the incident light and stores them at the P-N junction of the source (position \u2460 in the figure below). When the integration period ends, a scan pulse is applied to the gate of the MOS transistor, turning it on, resetting the photodiode to the reference potential, and causing a video current to flow through the load, the magnitude of which corresponds to the incident light intensity. The MOS transistor source P.N junction plays the role of photoelectric conversion and carrier storage. When a pulse signal is applied to the gate, the video signal is read out. 2. CMOS image sensor array structure The CMOS pixel array structure consists of a horizontal shift register, a vertical shift register and a CMOS pixel array. CMOS sensor array structure (1-vertical shift register; 2-horizontal shift register; 3-horizontal scanning switch; 4-vertical scanning switch; 5-pixel array; 6-signal line; 7-pixel) As mentioned above, each MOS transistor acts as a switch under the pulse drive of the horizontal and vertical scanning circuits. The horizontal shift register sequentially turns on the MOS transistors that play the horizontal scanning role from left to right, that is, the role of addressing the column, and the vertical shift register sequentially addresses the rows of the array. Each pixel consists of a photodiode and a MOS transistor that acts as a vertical switch. The horizontal switch is turned on in sequence under the action of the pulse generated by the horizontal shift register, and the vertical switch is turned on under the action of the pulse generated by the vertical shift register, so that the reference voltage (bias) is applied to the photodiode of the pixel in sequence. 3. Working principle and process of CMOS image sensor According to the functional block diagram of the CMOS image sensor, it can be found that the workflow of the CMOS image sensor is mainly divided into the following three steps. Functional block diagram of a CMOS image sensor Step 1: External light irradiates the pixel array, causing a photoelectric effect and generating corresponding charges in the pixel unit. The scene is focused onto the image sensor array through the imaging lens. The image sensor array is a two-dimensional pixel array. Each pixel includes a photodiode. The photodiode in each pixel converts the light intensity on its array surface into an electrical signal. Step 2: Select the pixel you want to operate through the row selection circuit and the column selection circuit, and read the electrical signal on the pixel. During the gating process, the row selection logic unit can scan the pixel array row by row or alternately, and the same is true for the columns. The row selection logic unit and the column selection logic unit can be used together to realize the window extraction function of the image. Step 3: Perform signal processing on the corresponding pixel units. The image signals in the row pixel units are transmitted to the corresponding analog signal processing units and A\/D converters through the signal buses of their respective columns, and converted into digital image signals for output. The main function of the analog signal processing units is to amplify the signals and improve the signal-to-noise ratio. After the pixel electrical signal is amplified, it is sent to the correlated double sampling (CDS) circuit for processing. Correlated double sampling is an important method used by high-quality devices to eliminate some interference. Its basic principle is that the image sensor leads to two outputs, one for the real-time signal and the other for the reference signal. The same or related interference signals are removed by the difference of the two signals. This method can reduce KTC noise, reset noise and fixed pattern noise FPN (Fixed Pattern Noise), and can also reduce 1\/f noise and improve signal-to-noise ratio. In addition, it can also complete signal integration, amplification, sampling, holding and other functions. The signal is then output to an analog\/digital converter and converted into a digital signal output. In addition, in order to obtain a practical camera of qualified quality, the chip must contain various control circuits, such as exposure time control, automatic gain control, etc. In order to make each part of the circuit in the chip move at a specified beat, multiple timing control signals must be used. In order to facilitate the application of the camera, the chip is also required to output some timing signals, such<\/p>","protected":false},"author":5,"featured_media":0,"comment_status":"closed","ping_status":"open","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"_eb_attr":"","footnotes":""},"categories":[1],"tags":[],"class_list":["post-12970","post","type-post","status-publish","format-standard","hentry","category-news"],"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/dgzx.hk\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/12970","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/dgzx.hk\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/dgzx.hk\/de\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/dgzx.hk\/de\/wp-json\/wp\/v2\/users\/5"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/dgzx.hk\/de\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=12970"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/dgzx.hk\/de\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/12970\/revisions"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/dgzx.hk\/de\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=12970"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/dgzx.hk\/de\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=12970"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/dgzx.hk\/de\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=12970"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}