CMOS图像传感器的主要指标总结.docx

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1、CMOSImageSensorIntegratedCircuitArchitectureAna1.og-to-Digita1.Conversion-PadRing集C1.ockandTimingContro1.Image-Sensor磊编逸激嚏和HAna1.ogSigna1.ProcessingCMoS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.CMOSActivePixe1.I.Co1.orimagingArrayDigita1.1.ogic(Interface,Timing,Press1.ng.Output)本文简单总结了CMoS图

2、像传感器的主要指标。Reso1.ution（NumberofPixe1.s）率/傥素MP:megapixe1.,兆像素（百万像素）常见的有0.3M、IM、2M、5M、13M、20M.40M、100M（1亿像素）等.像素数量和分部率是两个密不可分的更要概念，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，像素总数是衡量CMOS图像传感器的主要技术指标之一.CMOS图像传感器的总体像素中被用来进行有效的光电转换并输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. Tota1.n

3、umberofpixe1.s Numberoe!fecftvcpixe1.sType1approx204MPae1.Suse Typ1/1.06approx1725Mptx1.suse-Type1/14approx903Mpixe1.suseNumberofctrepxeAs Type1approx2048MPOOeUus-Typ1/106approx172SMp0sum Typ1/14appx903MPMSUMNumberofrecommendedrcorngpixe1.s Type1approx2048MpadsuseType1/1.06approx.72SMpoo1.suse Type1

4、/1.4approx9.03Mptxeisuse5640（三）3710(V)approx.2092Mpxeb5544（三）3694(V)approx2048Mpuce、5544（三）3112(V)approx1725MaS4152（三）2174(V)approx903MnXeHM96（三）-3672(V)ppro.2018Mpoceapprox1705Mpxe(Mgonai15146mm4128（三）2168(V)approx895Mpxtsgona1.11.19mm5472（三）3648(V)approx1996MP(Xe1.Saspectratx325472（三）,3078(V)appro

5、x.1684MPaeteaspectf8tx16:94096（三）2160(V)approx.885Mpixe1.saspectratioppx179上图是SONY一款20MCMoS图像传感器的像索数Ik分别给出/总的像素总数、有效的像索总数.Optica1.Format光学尺寸光学尺、J越大，则成像系统的尺寸越大，捕获的光子越多，感光性能越好，信噪比越低.目前CMoS图像传感的常见尺寸有1、2/3.1/2.1/3、1/4英寸等.Pixe1.Size像It尺寸芯片像元阵列上的姆个像素的实际物理尺寸，通常的尺寸包括MUm、IoUm、9um、7um、6.45um.3.75um.3.0Um、2.0u

6、m、1.75um.1.4um,1.2um1.0Um等。像元尺寸从某种程度上反映了芯片的对光的响应能力,像元尺寸越大,能好接收到的光子数ht越多，在同样的光照条件和映光时间内产生的电荷数量越多，对于弱光成像而言，像元尺寸是芯片灵敏度的一种表征.OutputFormat出格式（1） RAW（或RAWRGB）CMOS图像传感涔怆出的原始图像格式是RAW.RAW图像就是CMOS图像感应器将捕捉到的光源信号转化为数字信号的原始数据，RAW文件是一种记录了数码相机传盘器的原始信思，同时记录了出相机拍摄所产生的一联原数据（Metadata,如ISO的设置、快门速度、光圈值、白平衡等）的文件.RAW是未经处理

7、、也未经乐缩的格式,可以把RAW概念化为“原始图像编码数据或更形思的称为数字底片（2） RGB从RAW到RGB格式.RGB格式有RGB565：每个像素用16位衣示，RGB分量分别使用5位、6位、5位（常用也就是上说的RGB）RGB55S：每个像素用16位衣示,RGB分!都使用5位（剩下1位不用）RGB24：每个像素用24位表示，RGB分fit各使用8位RGB32：每个像素用32位表示，RGB分最各使用8位（剩下8位不用ARGB32：集个像素用32位表示，RGB分量各使用8位（剩下的8位用于表示A1.pha通道值）。（3） YUVYUV三个字母中,其中Y表示明亮度（1.uminance或1.Um

8、a）,也就是灰度值:而P利V表示的则是色度（Chrominance或ChrOma），作用是描述影像色彩及饱和%用于指定像泰的颜色，YUV存储格式有两大类：p1.anar（平面格式）和PaCked（打包格式）。MaxFrameRate大1.率帧率指的是单位时间所记录或若播放的图片的数瓜,连续播放一系列图片就会产生动行效果.根据人类的视觉系统，当图片的播放速吱大于15幅/杪的时候，人眼就基本看不出来图片的跳班：花达到24fe/s-30is时就己经基本觉察不到闪爆现象了.每杪的帧数或者帧率表示CMOS图像传感湍在处理图像时何秒钟能够更新的次数“高的帧率可以得到更流畅、更遇我的视觉体脸.OutputI

9、nterface出接口MIPI:移动行业处理器接口,是MIPI联温发起的为移动应用处理器制定的开放标准。申行数据.速度快,抗干扰,主流输出接口.1.VDS:低压基分信号技术接1.DVP：井口传输,速度较微，传输的带宽低.Para1.1.e1.：并行数据，含12位数据信号，行场同步信号和时钟信号。HISP1.:高速像素接1.1.串行数据.S1.VS-EC:由SONY公司定义，用于高帧率和高分辨率图像采集它可以将高.速率行的数据转化为DC（DiwtaICamera）时序后传递给下级模块V1.CAP（VideoCapture）,S1.VS-EC申行视频接口可以提供更高的传输带宽,更低的功耗，在组包方

10、式上,数据的冗余度也更低。在应用中S1.VS-EC接1.I提供了更加可旅和稳定的传输.CRA主光线角度从镜头的传照器一恻，可以聚焦到像素上的光践的最大角度被定义为主光角（CRA）,镜头轴心线附近接近零度，与轴心战的距离越大，珀度也随之增大，CRA与像索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-股略大于CMoSSensor的CRA。SensitivItY页域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，一种是光器件的光电找换能力与响应率的意义相同,即芯片的灵敏度，指在一定的光诣范围内,单位软光盘的怆出信号

11、电压（电流,单位可以为nA/1.ux（纳安/勃克斯）、V/W（伏/瓦）、V/1.ux（伏/初克斯）、W1.m（伏/流明）另一种是指器件所能传感的对地辐射功率（或照度）,与探测率的意义相同，单位可用W（瓦）或IUX（勒克斯）表示,SenSitiVity常作为SenSOr暗光表现的常用指标.DynamicRange动态范动态范用由CMOS图像传感器的信号处理能力和噪泮决定，反映了CMoS图像传感器的工作范围.DynamicRange（dB）=201og10（FIfCZartedourno,r）FWC（Fu1.I-WeIICapacity）,光电二极管的电容能够积累的最大电荷敢称为的阱容量上式主要指

12、的是Sensor本身的动态施I山乐终成像的动态范围要涉及到ISP等处理过程,公式更复杂.SNR值嗓比噪声是影响CMOS传感性能的首要问题.SNR(dB)=10/Og1.C1.(；Sra)=201.ogi0fJitgnaijrnotse,月noi,SNR是用来衡量sensor某一时刻输出的图片质量,并不是表达SenSor能力.噪声包括固定图形堞声FPN(Fixedpatternnoise)、暗电流噪声、热唉声等.固定图形慢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.对付固定图形噪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

13、最大势阱容量和最低读出噪声的比值，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I得的，而且暗电流散粒喙声也常常没有被计算在内。信喙比主鬟决定于入射光的亮度级(事实上，在亮度很低的情况K噪声可能比信号还要大)。所以,信噪比应该将所有的噪声源都考虑在内.有些资料中常常忽略散粒噪声,而它恰恰是中、高信号电平的主要噪声来源.Spectra1.ResponseCharacteristic光谱响应特性CMOS图像传感港的信号电压VSH1.信号电流Is是入射光波长的函数。光谱响应特性就是IftCMOS图像传感器的响应能力的波长的变化关系,它决定fCMOS图像传雪器的光谱范围.Chroma色彩

14、泌波阵列常见的色彩泄波阵列：RGGB:一个纣光、一个蓝光、两个献光能波器.何个像素只能感应一种颜色的光,但是当对外怆出的时候，需要知道这个像素的RGB值，就只能通过周出像案去计算，这个计算和转换是靠ISP去完成的,进而得出这个像索的RGB的值,这样每个像素虽然只感应了一种光，但.是每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.RCCC:75%为透射，其余25%为只感受红光的渡波器.RCCC的优点是光灵敢度高，适用于弱光环境.由于RCCC只有红色光涟波器，因此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，其余红光蓝光派波器各占

15、25%.RCCB的弱光敏感性比RCCC稍差，但分辨色彩的能力更好，果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配首的弱光灵敏度最高，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,ShtItter快门GIOba1.ShUUer（全局快门）与R。HingShUuer（卷南快门）对应全局曝光和卷帘曝光模式，卷南快门逐行曝光的方式,全局快门是全部像素同时曝光.所以全局快门能好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储单元.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位,制程设备成本较低、制程时间短，但是光线穿透率不佳、价格较费、高度较高、背光穿透鬼影现.COB:将裸芯片用导电或非炉电胶粘附在互连基板上，然后进行引跳键合实现其电连接,C08可将镜片、感光芯片、ISP以及软板整合布-起，封装测试后可直