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手机图像传感器的发展

   转一转,去找一款没有内置摄像头的手机。这不是件容易事。事实上,在这些手机提供的100万到500万像素的摄像头,替换掉了许多应用设备中的数码相机。

   通过改善低光抓图的新型成像芯片,所有这些都变的可能了。这些芯片还改善了图像处理功能, 这是典型手机由于有限电源所不能实现的。这些方案背后的关键元件是一种新型的几百兆像素的CMOS图像传感器。

   例如,310万像素的CYIWOSC3000A手机相机图像传感器,采用1/3寸光学格式,有用像素:2048H x 1536V,像素尺寸:2.54x2.54um,能在暗光条件下提供高分辨率图像(图1),该新型图像传感器是由Cypress公司开发的,采用Cypress的三晶体管(3T)像素技术,旨在大幅度地改善低感光度,且无需增加像素晶体管的数量或牺牲图像质量。

    CYIWOSC3000A使用了Cypress公司的Autobrite技术,Autobrite自动适应宽度为72dB的动态范围,使得传感器在亮光和低光环境下都能够捕获清晰的图像。该器件最高能够实现在QXGA时30帧/秒(fps)的在VGA时帧速率和83fps的帧速率。它还提供了一个电子滚动快门和板载12位模拟-数字转换器(ADC),可以设置传输8位,10位,12位数据。传感器的核心是动态像素排列。板载计时器和控制电路序列通过行的排列,重新排列,然后读取每一行。在重新排列和读取一行的时间间隔里,在该行的像素对入射的光线进行组合。

    重新排列和读取的不同的时间间隔控制着暴光。读取一行之后,来自该行的序列通过一个模拟信号信道(提供偏差较正和增益),然后通过模数转换器排列。像素排列包括光学活性像素和蔽光的“黑”像素。这些黑像素为板载偏差校正算法(黑电平控制器)提供控制点。

    该传感器还提供板载可编程的控制,包括帧的尺寸,帧的速率,增益,暴光,消隐,翻转和成像,电子摄取全景, 自动黑偏差校正,行和列像素组合,线性和非线性图像。批量为1000个时, CYIWOSC3000A每片成本不超过10美元。

    其次,对于Eastman Kodak推出的两款图像传感器,无出其右者。KAC-3100是一个带有一个专为手机设计的310万像素(如图2)的1/2.7寸光学格式CMOS传感器。KAC-5000有一个1/1.8寸光学格式和500像素的数码摄像头和数字视频。这两款传感器都采用了2.7x2.7μm像素尺寸和Kodak's Pixelux技术,这项技术包括光电二极管、四晶体管像素和一个低光条件下高灵敏度共享像素架构的应用。

    通过光电二极管的返射背景,从而减少了黑像素。关联复式设计的传感器除掉了热量产生的噪音,这就提高了光谱灵敏度,同时具有四个晶体管共享像素(4T4S)架构,可以组合起来显示更大的像素,可以在光线不太好的情况下也能捕获图像的细节部分。然而,该设计对减小了图像的分辨率。

    采用铜箔制作工艺提高了视角回应,在传感器元件中达到了一个更高效率。其他特性包括可编程浏览器,电子旋转快门,一个具有翻转和镜像输出选择功能的数字视频输出。这款310万像素传感器的批量价格不超过$10。

    另外一款图像传感器芯片来自于Pixelplus公司的PO1200N,200万像素,输出格式为8bit YcbCr,RGB565,10bit Bayer ,12bit RGB888, 这个1/2.7寸光学格式板,采用了3.3x3.3μm 像素尺寸 和1/2.7英寸1600×1200有效像素,包括色彩过滤器和镜头。它可以输出在QXGA时最大帧速率高达12fps,SVGA时达到30fps。板的一个与众不同的特征是四道驱动,控制快门/挡板、虹膜,并有自动聚焦功能。

    由于采用最优算法,消除了固定格式的噪声,去除了拖尾效应,并大大减少了闪烁。板载信号处理包括:Gamma校正,缺陷校正,图像校正、低通滤波,瑕疵校正,一个低通滤波器、色彩校正和锐化,白平衡、暴光控制和背光代偿。批量价格请与该公司联系。

    美光科技(Micron Technology)的200万像素片上系统传感器MT9D111对上面提到的传感器做了进一步的改进,(参见“低耗图像传感器”,www.elecdesign.com, ED 在线 10188)。该款传感器在1600x1200满分辨率下15帧/秒(fps),在800x600分辨率下为30帧/秒,集成的微控制器提高了调节色彩的能力,增强了图像处理的功能,集成自动对焦,JPEG编码节省了系统空间。批量为10,000个时单价大约为$9。
 
 

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