产品中心 应用方案 技术文摘质量保证产品选型 下载中心业内动态 选型帮助 品牌介绍 产品一览 联系我们

电话:010-84775646
当前位置:首页 >> 业内动态 >> 详细内容
嵌入式视觉需求增 影像传感器设计考虑更复杂
来源:赛斯维传感器网 发表于 2018/6/27

 2D数组中包含多行的像素,而数组大小将决定传感器的最大帧率。通常为了实现更高的帧率,并将2D组件平行读取多个像素。除此之外,2D组件亦可执行窗口操作(又称为感兴趣区域,ROI),并读取特定感兴趣的区域,以获得更高的帧率。这类组件可用于众多领域,而且信息包含在2D影像中,例如先进辅助驾驶系统(ADAS)、监控或科学研究领域。


  在决定了影像感测的格式及所需分辨率后,再来必须考虑的是「像素间距」。因为它决定了像素的大小,而这关系到入射光子所产生的电荷有多少能够被收集。因此,较小的像素间距意味着在一个整合周期内(传感器暴露于影像中的时间)能够收集较少的电荷。若像素间距较小,则意味着捕捉影像需要更长的整合时间,这会影响到传感器捕捉快速移动中影像的能力,并且使得低光源拍照效能下降。


  慎选传感器以确保量子效率 


  确定传感器格式后,即须考虑究竟是使用CCD、CMOS或其他更专业的技术。对此的重要参考指标是量子效率(QE);意指组件通过光子产生电子的效率。通常,一般希望在可见光谱内QE值越高越好,这对于低光源应用也具重要意义。影响组件QE值的因素有三个:吸收、反射和透射。其中组件结构是导致QE值降低的主因,如金属导线或多晶硅闸(Poly silicon gate)等的电路吸收光子或将光子反射,导致像素在组件中被频蔽,从而使QE值降低,因此要慎选传感器。


  前照式: 

  对于这类组件,光子先前介绍的传统方式打在组件的前端,像素可能被遮蔽,QE进而降低。


  背照式: 

  这类型的组件的背板经过由后期处理削薄,以便在后端接收光照,从而不受其他设计组件的阻挡。薄型背照式组件能实现优化的QE值。

用户还必须从以下三点去考虑影像传感器中所允许的噪声:


  组件噪声: 

  此噪声为暂时性的,包含散粒噪声及输出放大器和复位电路产生的噪声。


  固定图像噪声(FPN):

  呈空间分布,并在相同的光照强度下,像素呈不同反应所引起的噪声。FPN通常由每个像素的不同偏移和增益响应引起;偏移部分通常称为DSNU(Dark Signal Non-Uniformity),增益部分称为PRNU(Photo Response Non-Uniformity)。有多种方法可以弥补FPN,而最常见的方法则是对输出讯号作相关二次取样。


  暗电流: 

  由影像传感器中的热噪声引起,甚至在无光照的情况下也会出现。暗讯号对最终影像质量的影响取决于帧率;较高的帧率下影响不大,然而,随着帧率降低(如科学应用)影响会较明显。由于暗电流与温度息息相关,故在需要低暗电流的情况下,通常是利用像Peltier等的冷却器来降低影像组件的工作温度。


  理解影像传感器的噪声模式后,便能决定要实现多大的讯号噪声比(SNR)。


  动态范围代表传感器影像捕捉能力 


  确定组件的噪声效能后,就可以界定影像传感器所需的动态范围。动态范围代表传感器在一定光照强度范围内捕捉影像的能力,单位以dB或以比例计算。这代表一个影像中同时包含高照度与暗区。


  传感器的实际动态范围由像素的满电位井容量决定,也就是像素饱和前所能承载的电子数量。将容量除以读取噪声,便能将比例转换为以dB为单位的值。


  (电位井容量e-)/(读取噪声e-)


  通常利用PTC(Photon Transfer Curve)测试法来确定动态范围,画出噪声与电位井容量的关系曲线。


  如果组件具有数字输出,可通过以下公式利用输出端的位数计算该值。


  动态范围(dB)=20 Log10(2^总线宽度)


  然而,这并不代表组件的动态范围,只是说明流排宽度所能代表的潜在范围,而没有考虑传感器效能因素。


  I/O标准也非常重要,不仅用来输出像素数据,亦用来输出指令和控制接口。这与帧率有关,例如LVCMOS界面不适用于高帧率应用,但却可用于简单的监控摄影机。随着帧率、分辨率和每像素位数的增加,影像传感器正朝向采用LVDS系列或SERDES技术的专用高速串行链的趋势发展。


  依据应用考虑选择单色/彩色传感器 


  现在已经探讨了影像传感器的多个重要观点,另一个尚未考虑的则是彩色或单色传感器。无论选择彩色或单色,皆取决于应用场合。


  彩色传感器:


  需在每个像素上使用贝尔图形,在一条在线交替变换红和绿色,并在下一条在线交替蓝和绿色(绿色用得较多是因为人眼对绿色波长较为敏感)。这意味着要对接收到的光子进行滤波处理,使每个像素只接收所需波长的光子。用户可以针对影像进行后续处理,以决定像素颜色,并用不同颜色围绕像素来重建每个像素上的色彩,且不会降低影像分辨率。


  彩色传感器使重建和输出影像所需的图像处理链变得复杂。此外,贝尔图形确实会导致分辨率降低,但没有想象中差,通常降幅为20%。


  转载请注明来源:赛斯维传感器网(www.sensorway.cn) 


  产品查找
应用方案

加速计声波传感器微熔式力传感器Schaevitz RV工业称重传感器Shcaevitz LV板装表贴式压力传感器板载式压力传感器微熔式不锈钢隔离压力变送汽车碰撞专用加速度计

精品推荐
首页 | 企业简介 | 联系我们 | 常见问题 | 友情链接 | 网站导航 | copyright©2007-2010,sensorway.cn.All Rights Reserved.京ICP备07023885号