CMOS图像传感器指标详解.docx

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1、CMOS图像传感器本质是一块芯片，主要包括：感光区阵列（像素阵列）、时序控制、模拟信号处理以及模数转换等模块.CMOSImageSensorIntegratedCircuitArchitecture：CMOS!啜MBg&妙给r.十f.*At.*i/Fi1.MAna1.og-to-Digita1.ConversionDigita1.1.ogic(Interface,Timing,Processing,Output)Image-SensorDieAna1.ogSigna1.Processing-C1.ockandTimingContro1.-PadRing本文简单总结了CMOS图像传感器的主要指标

2、.Reso1.ution（NumberofPixe1.s）分辨率/优米数MP:megapixe1.,兆像素（百万像森）常见的有0.3M、IM、2M,5M、13M、20M.40M.100M（1亿像素）等.像素数胃和分辨率是两个密不可分的由要概念，它们的组合方式决定了图像的数据量，同样大小的图像，分辨率越高，包含的像素越多.像素总数是指所有像素的总和，像素总数是衡itCMOS图像传感器的主要技术指标之一.CMOS图像传趋器的总体像素中被用来进行有效的光电转换并勒出图像信号的像素为有效像素.有效像素总数隶属于像素总数集合.有效像素数目直接决定了CMOS图像传感器的分辨能力. Tbtoinumbero

3、fpixe1.s NumberofeffecbveP1.Xeb Typ1approx2043MPaeBIm Ty1/1.06approx17HMPmHUM Type1/14approx903MpmHuseNumbero(ctrvepsum Type1/14approx903MPiXtHuseNxnbfofrecommendedrecorngPiXeiS Type1approx2048MP(Xe1.Suse Type1/1.06approx17.25Mpixe1.suse Type1/1.4ppcojc9.03Mppprox.2018MpeH3102(V)approx1705Mpxe325472

4、（三）三3078(V)approx1684MPaetoaspectrat16:94096（三）2160(V)approx.885Mp1.4Urn、1.2um,1.0Um等.像元尺寸从某种程度上反映了芯片的对比的响应能力，像元尺寸越大，能够接收到的光子数吊:越多，在同样的光照条件和曝光时间内产生的电荷数量越多。对于弱光成像而有,像元尺寸是芯片灵敏度的一种表征.OutputFormat出格式（1） RAW（或RAWRGB）CMOS图像传感涔怆出的像始图像格式是RAW-RAW图像就是CMOS图像僚向器将捕捉到的光源信号转化为数字信号的原始数据。RAW文件是,种记录了数码相机传感器的原始信息,同时记录

5、了由相机拍掇所产生的一线原数据（Metadata.如ISo的设置、快门逋度、光圈值、白平衡等）的文件.RAW是未经处理、也未经压缩的格式.可以把RAW概念化为“原始图像编码数据.或更形以的称为“数字底片（2） RGB从RAW到RGB格式.RGB格式有RGB565：每个像素用16位表示,RGB分JS分别使用5位、6位、5位（常用也就是上说的RGBRGB555：每个像素用16位表示，RGB分J都使用5位（剩下1位不用）RGB24：每个像素用24位表示，RGB分量各使用8位RGB32：每个像素用32位表示,RGB分量各使用8位（剩下8位不用）ARGB32：每个像素用32位表示.RGB分妓各使用8位（

6、制下的8位用于表示AIPha通道依）.（3） YUVYUV三个字母中，其中Y衣示明亮度（IuminancenK1.uma），也就是灰度伯：而U和V表示的则是色度（ChrOminanCe或ChrOma）.作用是描述影像色彩及饱和%用于指定像案的颜色,YUV存储格式有两大类：PIanar（平面格式）和PaCked（打包格式）。MaxFrameRate大学!率帧率指的是单位时间所记录或者播放的图片的数1连城播放一系列图片就会产生动画效果.根据人类的视觉系统,当图片的播放速度大于15IW秒的时候，人眼就基本看不出来图片的跳跃；在达到24Ws-30幅/$时就已经琥本觉察不到闪烁现象了，母杪的帧数或者帧率

7、表示CMOS图像传感/在处理图像时推秒钟能够更新的次数“高的帧率可以得到更流畅、更遥我的视觉体脸.OutputInterface出接口MIPI:格动行业处理器接I,是MIPI联盟发起的为移动应用处理制定的开放标准.串行数据,速度快,抗干扰,主海输出接口.1.VDS：低压差分信号技术接口。DVP：井口传输,逋度较慢,传输的带宽低.Para1.1.e1.：并行数据,含12位数据信号,行场同步信号和时件信号.HISP1.:高速像素接口,中行数据.SIV3EC:由SONY公司定义，用于高帧率和高分辨率图像来蛆，它可以将裔速申行的数据转化为DC（Digita1.Camera时序后传递给卜级模块VICAP

8、（VideoCapture）.S1.VS-EC串行视领接口可以提供更高的传输带宽.更低的功耗,在组包方式上，数据的冗余度也更低.在应用中S1.VS-EC接口提供了更加可靠和稳定的传输.CRA主光线角度从镜头的传感器一例,可以聚焦到像素上的光税的最大角度被定义为主光角（CRA，镜头轴心战附近接近零度，与轴心我的距离越大，角度也班之增大。CRA与像素在传感器的位置是相关的，如果IenS的CRA小于CMoSSenSOr的CRA,一定会有偏色现象.IenS的CRA-般略大于CMOSSenSOr的CRA.Sensitivity灵敏ft灵敏度是CMOS图像传感器的重要参数之一.它具有两种物理意义，一种星光

9、器件的光电转换能力，与响应率的意义相同,即芯片的灵Jft度,指在一定的允谱范阳内，单位曝光量的输出信号电压（电流），单位可以为nA/1.ux（纳安/初克斯）、VAV（伏/用）、V1.ux（伏/勒克斯）、V/1.m（伏/流明）.另一种是指滞件所能传它的对地辐射功率（或照度）,与探测率的意义相同.单位可用W（E）Ifi1.ux（勃克斯）表示.SenSitiVity常作为SenSor暗光发现的话用指标.DynamicRange动态芭B1.动态的国由CMoS图像传感器的信号处理能力和噪炉决定，反啖了CMOS图像传感涔的工作也围。DynamicRange(dB)=201og10(FIVCZarte4fo

10、urnot1.t)FWC(FuII-WeIICapadty),光电二极管的电容能够枳累的最大电荷懵称为满阱容景。上式主要指的是Sensor本身的动态范的.用终成像的动态范困要涉及到ISP等处理过程，公式史更杂.SNR侑嗓比噪声是影响CMoS传感器性能的苜要问题.SNR(dB)=10o51o()=20to51o()rnois,/SNR是用来用iftsensor某,时刻输出的图片质M,并不是用达sensor能力。PtMVI噪声包括固定图形喙声FPN(Fixedpatternnoise)、喑电流噪声、热喙声等.固定图形暝声产生的原因是一束同样的光照射到两个不同的像素上产生的输出信号不完全相同.对付固

11、定图形JS声可以应用双采样或相关双采样技术.动态范围和信曝比是最容易被误解和误用的参数.动态范围是最大势阱容量和最低读出唤声的比值，它之所以引起误解，是因为读出噪声经常不是在典型的运行速度下测得的，而且暗电流散粒噪声也常雉没有被计算在内.佰嗓比主要决定于入射光的亮度级(事实上,在亮度很低的情况下噪声可能比信号还要大.所以，信噪比应该珞所有的噪声源都考虑在内，有些资料中常常忽略故粒噪声,而它怡恰是中、高信号电平的主要噪声来源。Spectra1.ResponseCharacteristic光谱应aiCMOS图像传感器的信号电压Vs和信号电流IS是入射光波长的函数。光谐响应特性就是指CMoS图像传感

12、器的响应能力随波长的变化关系,它决定了CMOS图像传感器的光谱范|归Chroma色彩谑波阵列常见的色彩沌波阵列:RGGB:一个红光、个蓝光.两个献光谑波器.每个像索只能感应一种颜色的光,但是当对外检出的时候，需要知道这个像素的RGBtf1.,就只能遹过刷围像素去计W，这个H亢和转换是靠ISP去完成的，进而得出这个像素的RG8的值，这样令j个像素虽然只感应了种光,但是旬个像素经过处理后传输到外面后就是有RGB的信息了，这些原始的感光数据成为RAWdata.ni1.RCCC:75%为透射，其余25%为只感受红光的该波器。RCCC的优点是光灵城度高,适用于弱光环境.由于RCCC只有红色光漉波器，因此

13、主要用在对于红色标识敏感的场合，比如交通灯检测.RCCB:50%为透射,其余红光蓝光能波器各占25%,RCCB的弱光敏感性比RCCC稍差，但分辨色彩的能力更好，采集的图像既可以用于机器分析，也可以用于人眼观察.Mono:100%透射.MonO不能分辨色彩.Mono配置的弱光灵敏度展高，仅用于对颜色无识别要求的场合，如驾驶员状态检测等。RGBNIR：把RGGB中的一个G换成了NIR.ShUtter快门G1.oba1.Shutter（全局快门）RoIIingShutter（卷帘快门）对应全局曝光和全帘曝光帙式。卷帘快门逐行曝光的方式,全局快门是全部像素同时曝光，所以全局快门能够拍运动的物体而不产生形变,因为全局快门在每一个像素上添加了一个存饰单元.Package封装CSP:芯片级封装芯片感光面被一层玻璃保护，CSP对灰尘点要求相对低点sensor表面如果还有灰尘点可以返工修复，制程设法成本较低、制程时间短，但是光线穿透率不佳、价格较贵、高度较高、背光穿透鬼影现象.COB:将裸芯片用导电或非导电胶粘附在互连基板上，然后进行引然键合实现其电连接，COB可符镜片、感光芯片、ISP以及软板整合在一起，封装测试后可直接交给组