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CIS芯片是什么?半岛彩票

发布时间:2023-12-23 17:12浏览次数: 来源于:网络

  半岛彩票CIS芯片全称是CMOS image sensor互补金属氧化物半导体图像传感器,是一种基于半导体CMOS工艺的图像传感器,于上世纪90年底中期开始广泛商用。当前,CIS芯片已广泛使用于手机、相机、汽车电子、安防等多个领域使用。(当下还有一种广泛使用的图像传感器CCD Charge Coupled Device,电荷耦合器件传感器,在工业类高清相机中使用更多。)

  在上图的各类产品中,CIS是关键部件,承担成像任务,类似传统相机的底片。

  基于上述原理,法国的达盖尔于1839年制成了第一台实用的银版照相机,经过几十年的优化在1878年柯达创始人乔治伊士曼成功研制了早期的胶片,为20世纪胶片相机打开了大门,直到1981年1981年推出的第一款可换镜头数码相机Mavica正式拉开了数码相机的序幕。

  回到前序——CIS作为数码相机的核心,取代了传统相机的底片,更准确的说,CIS取代的不仅仅是底片,还包括DEP冲洗,如下图所示:

  胶片主要是通过乳剂(乳剂中包含大量溴化银颗粒)在光照时的化学反应产生潜影(依据光照形状及强度产生不同厚度的银)以保留现实物体的影像。

  为了保留色彩,感光乳剂分为三层,各层分别加入对红、绿、蓝光感光的增感剂及成色剂,最终洗片时通过三层叠加还原真实世界的色彩。

  作为取代胶片的CIS芯片,其本质处理的是电信号,那么它又是如何完成类似胶片的感光过程并保存为图像的呢?这个就要从CIS芯片的构成讲起了。

  在具体介绍CIS芯片构成之前,先普及一下CIS芯片能够成像的基本逻辑:真实世界的物理量一般都是连续变化的,比如温度、比如汽车的加速……为了描述这些信息,会将其进行量化,量化后的物理量就会变成一系列不连续的数据(就是常说的模数转换),最终这些数据可用于芯片的处理。

  对于CIS芯片,为了表征、处理现实世界的图像,同样需要对图像进行量化:量化的方式是从二维平面角度将图像分割,分割后的区块就是大家熟悉的像素,每一个像素携带指定位置的颜色、亮度、透明度等信息。同样一副图像,量化像素越多,单个像素面积越小,像素携带的信息就越接近原始信息,图像的还原度就会越高。

  为了记录各个像素点的图像信息,CIS芯片中设计了一个像素阵列,每个像素单元都包含一个光电二极管(类似胶片乳剂中的溴化银),用以实现将对应像素的光信号转换为电信号,最终通过AD采样转换为量化的数字信号,其内部构成如下图所示。

  这其中CIS对于色彩的记录与胶片实现原理类似:胶片是通过红、绿、蓝三层乳剂逐层光照显影记录, CIS芯片通过分光的形式分别来记录同一个像素中红、绿、蓝的亮度。

  首先,景物通过成像透镜聚焦到图像传感器像素阵列,每个像素中的光敏二极管将其阵列表面的光强转换为电信号。

  然后通过行选择电路和列选择电路选取希望操作的像素,并将像素上的电信号读取出来,放大后送相关双采样CDS电路处理(相关双采样是高质量器件用来消除图像信号中干扰),然后信号输出到模拟/数字转换器上变换成数字信号,输入到ISP中进行初步图像处理。

  最终通过各类接口输出到显示屏、存储卡中用以显示和保存。

  从上图可以看出,与一般数字芯片不同,CIS芯片本身包含模拟电路和数字电路,功能上则要实现:

  ◾ 电信号做放大、去噪处理(光电转换的电信号比较围绕,需要放大)

  ◾ 最后需要将处理后的数字信号输出到存储、显示单元

  因此,对于CIS芯片的测试,处理常规的电性测试外,还需要针对图像类的参数进行验证,比如感光度、动态范围等等。

  用来表示CIS芯片的感光能力,当ISO数值愈大时,感光度就愈大

  作为电子器件,CMOS图像传感器上残存的能量以及运作环境温度(运行时间过长)升高会产生自然噪声,这些噪声会被纪录在拍摄的影像画面中。

  CIS的动态范围标准定义为:传感器最大的非饱和信号与暗条件下噪声均方差之比。具有较宽动态范围的传感器可以探测更宽的场景照度范围,从而可以得到具有更多细节的图像,简单来说就是图像中同时存在明、暗场景时芯片能够还原的程度。

  这些相关参数的测试,都需要进行图像的抓取和分析,因此对CIS芯片的测试,一般都包括DC测试、Function测试和Image测试,以下是总体的示意图,具体如何进行测试,我们在下一篇详细展开介绍。

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