카메라 모듈 하드웨어

카메라 모듈 하드웨어

1. 소개

카메라 모듈, 전체 이름은 CCM으로 약칭되는 카메라 컴팩트 모듈입니다.

CCM은 렌즈, 센서, FPC 및 DSP의 네 가지 주요 부분으로 구성됩니다.

카메라의 품질을 결정하는 중요한 구성 요소는 렌즈, DSP 및 센서입니다.

작동 원리: 렌즈(렌즈)를 통해 물체에 수집된 빛은 CMOS 또는 CCD 집적 회로를 통해 빛 신호가 전기 신호로 변환된 다음 내부 이미지 프로세서(ISP)가 디지털 이미지 신호로 변환됩니다. 디지털 신호 처리기(DSP)로 출력) 표준 GRB, YUV 및 기타 형식 이미지 신호로 처리 및 변환합니다.

2. 하드웨어 구성

• 렌즈

렌즈는 빛 신호를 받아 감광소자 CMOS/CCD에 빛 신호를 수렴할 수 있는 장치입니다. 렌즈는 센서의 조명 속도를 결정하며 전체적인 효과는 볼록 렌즈에 상대적입니다.

일반적으로 카메라의 렌즈 구조는 플라스틱 렌즈(PLASTIC)와 유리 렌즈(GLASS)로 구분되는 여러 개의 렌즈로 구성됩니다.일반적으로 CAMERA에 사용되는 렌즈 구조는 1P, 2P, 1G1P, 1G3P, 2G2P, 4G, 8P 등입니다. 렌즈가 많을수록 비용이 높아집니다. 유리 렌즈는 플라스틱 렌즈보다 비싸지 만 유리의 이미징 효과 렌즈는 플라스틱 렌즈보다 낫습니다. 현재 시장에서 휴대폰용으로 구성된 카메라는 비용 절감을 목적으로 주로 1G3P(유리 렌즈 1개와 플라스틱 렌즈 3개로 구성)입니다.

• 렌즈의 주요 지표

A. 가능한 한 많은 플레어를 제거하십시오.

• 화질 선명도
• CRA(Chief Ray Angle)는 shading을 줄이기 위해 일치해야 합니다. (Lens cra
• 조리개는 최대한 크게
• 왜곡은 가능한 한 작아야 합니다.
• 렌즈 주요 매개변수

(1) 초점 거리: 렌즈의 초점 거리의 길이는 촬영된 이미지의 크기, 시야의 크기, 피사계 심도의 크기 및 사진의 원근을 결정합니다.일반적으로 단일 렌즈의 경우 렌즈의 중심에서 초점까지의 거리인 반면 카메라 렌즈는 여러 개의 렌즈를 조합한 것이므로 훨씬 더 복잡합니다. 여기서 초점 거리는 초점에서 초점까지의 거리를 나타냅니다. 감광성 부품(CCD)에 형성된 선명한 이미지에 대한 렌즈의 중심점.

• 시야: 우리는 종종 수평 시야를 사용하여 사진의 촬영 범위를 반영합니다. 초점 거리 f가 클수록 화각이 작아지고 감광 요소에 형성되는 이미지 범위가 작아집니다. 반대로, 초점 거리 f가 작을수록 화각이 커지고 감광 소자에 형성되는 이미지 범위가 커집니다.
• F 값(조리개 비율): F 값은 렌즈의 밝기(즉, 렌즈가 투과하는 빛의 양)를 나타냅니다. F=렌즈 초점 거리/조리개 직경. 동일한 F 값으로 긴 조리개 초점 거리 렌즈는 단초점 렌즈보다 큽니다.
• 조리개: 조리개는 렌즈 내부에 위치한 조정 가능한 광학-기계식 조리개로, 렌즈를 통과하는 빛의 양을 제어하는 ​​데 사용할 수 있습니다. 조리개 조리개.조리개의 크기를 제어하는 ​​데 사용되는 렌즈 내부의 기계 장치입니다.또는 렌즈의 f-stop을 조정하기 위해 렌즈 조리개를 열거나 닫는 데 사용되는 장치를 말합니다.
• 피사계 심도: 피사체에 초점이 맞춰져 있을 때 피사체 앞의 일정 거리에서 뒤의 일정 거리까지의 모든 장면도 선명한 것과 같습니다.초점이 상당히 명확한 앞에서 뒤까지의 거리를 피사계 심도라고 합니다.
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• 2.1 VCM(음성 코일 모터)

  정식 명칭은 모터의 일종인 전자제품의 보이스 코일 모터인 보이스 코일 몬터(Voice Coil Montor)이다.그 원리가 스피커와 비슷하기 때문에 보이스 코일 모터라고 불리며 고주파 응답과 고정밀도의 특성을 가지고 있습니다.주요 원리는 영구 자기장에서 모터 코일의 DC 전류를 변경하여 상하 운동을 구동하여 스프링 리프의 신축 위치를 제어하는 ​​것입니다.휴대 전화 카메라는 자동 초점을 달성하기 위해 VCM을 널리 사용합니다.VCM을 통해 렌즈의 위치를 ​​조정하여 선명한 이미지를 제공할 수 있습니다.

• VCM 성과 지표

• VCM의 성능은 주로 전류 대 이동 거리의 비율에 따라 달라집니다.기동 전류에서 시작하여 전류 상승은 구동할 수 있는 스트로크 거리에 비례해야 합니다.필요한 상승 전류가 작을수록 정확도가 높아집니다.동시에 최대 소비 전력, 최대 전력 및 크기에 따라 다릅니다.

• VCM 분류

• 구조에서 크게 세 가지 범주로 나눌 수 있습니다. (1) 파편 구조;(2) 볼형 구조;(3) 마찰형 구조.

  기능에서 대략 5가지 범주로 나눌 수 있습니다. (1) 개방 루프 개방 모터;(2) 폐쇄 루프 폐쇄 루프 모터;(3) 대체 중앙 모터;메모리 금속 공식 등);(5) OIS+클로즈 루프 6축 모터.

• AF 원리

• 자동 초점 모드에 진입한 후 Driver는 0에서 최대값으로 이동하여 렌즈를 원래 위치에서 최대 변위로 이동합니다.이때 센서 이미징 면은 자동으로 사진을 찍어 DSP에 저장한다.DSP는 이 그림을 사용하여 각 그림의 값을 계산합니다.MTF(Modulation transfer function) 값을 이용하여 이 MTF 곡선에서 최대값을 구하고 알고리즘을 통해 이 점에 해당하는 전류 크기를 구하고 다시 한번 Driver에 보이스 코일에 전류를 공급하도록 지시한다. 렌즈가 이미징 표면에서 안정화되어 자동 줌이 이루어집니다.

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• 확대/축소 및 초점

• A: 광학 줌을 달성하려면 줌 모터(ZOOM)를 사용하십시오.

  렌즈 내부의 렌즈를 움직여 초점 위치를 변경하고 렌즈 초점 거리의 길이를 변경하고 렌즈의 화각을 변경하여 확대 및 축소 효과를 얻을 수 있습니다.

  B: 초점 모터(AF)를 사용하여 자동 초점 달성

  렌즈 내부의 렌즈가 아닌 전체 렌즈의 위치를 ​​너무 가깝게 이동하여 선명한 이미지를 얻기 위해 렌즈 초점 거리의 길이를 제어하십시오.휴대폰에서 일반적으로 사용되는 방법입니다.

  광학 초점과 광학 줌은 다른 개념입니다.

  광학 줌은 렌즈 내부의 렌즈의 상대 위치를 이동하여 초점 위치를 변경하고 렌즈 초점 거리의 길이를 변경하고 렌즈의 화각을 변경하여 이미지 확대 및 축소를 실현하는 것입니다. ;

  광학 초점은 실제로 이미지가 가장 선명하도록 이미지 거리를 제어하기 위해 전체 렌즈의 위치(렌즈에서 렌즈의 위치가 아님)를 조정하는 것입니다.

• 적외선 컷

• 자연에는 다양한 파장의 빛이 있습니다.인간의 눈은 320nm-760nm의 파장 범위의 빛을 인식하고 320nm-760nm 이상의 빛은 인간의 눈으로 볼 수 없습니다.카메라 CCD 또는 CMOS의 이미징 구성 요소는 빛의 파장의 대부분을 볼 수 있습니다. 다양한 빛의 참여로 인해 카메라에서 복원한 색상은 육안으로 볼 수 있는 색상과 다릅니다. 예를 들어 녹색 식물 회색으로 바뀌고 빨간색 사진은 연한 빨간색으로, 검정색은 보라색으로 바뀝니다. 밤에는 바이모달 필터의 필터링 효과로 인해 CCD가 모든 빛을 최대한 활용할 수 없고 눈송이 노이즈가 발생하지 않으며 저조도 성능이 불만족스럽습니다.이 문제를 해결하기 위해 IR-CUT 듀얼 필터를 사용합니다.

  IR-CUT 듀얼 필터는 카메라 렌즈 그룹에 내장된 필터 세트를 말합니다.렌즈 외부의 적외선 센서가 빛의 강도를 감지하면 내장된 IR-CUT이 외부 빛에 따라 필터를 자동으로 전환합니다.이미지가 최상의 효과를 얻을 수 있도록 자동으로 강도가 전환됩니다. 즉, 낮이나 밤에 이중 필터가 자동으로 필터를 전환할 수 있으므로 상태에 관계없이 최상의 이미징 효과를 얻을 수 있습니다. 낮이나 밤.

• IR-CUT 구성 및 원리

• IR CUT 이중 필터 스위처는 적외선 차단 저역 통과 필터(적외선 차단 또는 흡수 필터), 전체 스펙트럼 광학 유리(전체 투과 스펙트럼 필터) 및 전력 메커니즘( 전자기, 모터 또는 기타 전원) 및 회로 제어 보드를 통해 전환 및 위치 결정되는 하우징으로 구성됩니다. 주간 조명이 충분할 때 회로 제어 보드는 스위처를 구동하여 적외선 컷을 전환하고 위치를 지정합니다. 오프 필터가 작동하면 CCD 또는 CMOS가 실제 색상을 복원합니다.밤에 가시광선이 충분하지 않으면 적외선 차단 필터가 자동으로 이동하고 전체 스펙트럼 광학 유리가 작동하기 시작합니다.이때 적외선 램프의 적외선을 감지할 수 있으므로 CCD 또는 CMOS가 모든 빛을 최대한 활용할 수 있으므로 적외선 카메라의 야간 투시 성능이 크게 향상되며 전체 그림이 선명하고 자연스럽습니다. .

• IR-CUT 표시기

• NS.필터의 적외선 차단 정도, 광투과율, 조광 효과 등

• 동력 구동부
• 제어 회로

• 2.4.1 센서 구조

  4. 필터: 일반적으로 IR 코팅 또는 파란색 유리를 사용하여 적외선을 걸러냅니다.

  2.4 센서

  이미지 센서는 표면에 수백만에서 수천만 개의 포토다이오드가 있는 반도체 칩입니다.포토다이오드는 빛에 노출되면 전하를 생성하여 빛을 전기 신호로 변환합니다.

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  2.4.2 분류

  감광성 원본: CCD, CMOS(PPS 및 APS)

  다양한 프로세스: 전면 조명 FSI, 후면 조명 BSI, 적층

  2.4.3 지표

  1. 픽셀

  센서에는 빛을 전하로 변환하여 장면에 해당하는 전자 이미지를 형성할 수 있는 많은 감광 장치가 있습니다.센서에서 각 감광 단위는 픽셀(픽셀)에 해당합니다.픽셀이 많을수록 더 많은 물체의 디테일을 감지할 수 있다는 것을 의미하므로 이미지가 더 선명하고 픽셀이 높을수록 이미징 효과가 더 선명해집니다.카메라 해상도의 곱은 픽셀 값입니다. 예: 1280×960=1228800

  2. 목표 표면 크기

  이미지 센서의 감광부의 크기는 일반적으로 인치로 표현된다.TV와 마찬가지로 이 데이터는 일반적으로 1/3인치와 같은 이미지 센서의 대각선 길이를 나타냅니다.타겟 표면이 클수록 광속이 좋아지고 타겟 표면이 작을수록 더 쉽게 얻을 수 있습니다.더 큰 피사계 심도.

• 감광도

• 즉, CCD나 CMOS 및 관련 전자회로를 통해 입사광의 세기를 감지한다.감도가 높을수록 감광면의 빛에 대한 감도가 강해지고 셔터 속도가 빨라집니다.이것은 움직이는 차량을 촬영하고 야간에 모니터링할 때 특히 중요합니다.

• 전자 셔터

• 카메라의 기계적 셔터 기능을 나타내는 용어입니다.이미지 센서의 빛 감지 시간을 제어합니다.이미지 센서의 광 감지 값은 신호 전하의 축적이므로 광 감지가 길수록 신호 전하 축적 시간이 길어지고 출력 신호 전류의 진폭이 커집니다.전자 셔터가 빠를수록 감도가 낮아져 강한 조명 아래에서 촬영하기에 적합합니다.

• 프레임 속도

• 단위 시간당 녹화되거나 재생되는 사진의 수를 나타냅니다.일련의 사진을 계속 재생하면 애니메이션 효과가 생성됩니다.인간의 시각 시스템에 따르면, 사진 재생 속도가 초당 15프레임(즉, 15프레임)보다 크면 인간의 눈은 사진의 점프를 거의 볼 수 없습니다.24fps/s에 도달했을 때 - - 30fps/s(즉, 24fps ~ 30fps)일 때 깜박임 현상이 거의 감지되지 않습니다.

  초당 프레임 수(fps) 또는 프레임 속도는 필드를 처리하는 동안 그래픽 센서가 초당 업데이트할 수 있는 횟수를 나타냅니다.높은 프레임 속도는 더 부드럽고 사실적인 시각적 경험을 얻을 수 있습니다.

• 신호 대 잡음비

• 는 신호 전압 대 잡음 전압의 비율이며 신호 대 잡음비의 단위는 dB로 표시됩니다.일반적으로 카메라에서 제공하는 신호 대 잡음비 값은 AGC(자동 이득 제어)가 꺼졌을 때의 값입니다. AGC를 켜면 작은 신호가 증가하여 노이즈 레벨이 또한 그에 따라 증가합니다.

  신호 대 잡음비의 일반적인 값은 45-55dB입니다.50dB이면 이미지에 약간의 노이즈가 있지만 이미지 품질은 좋습니다.60dB이면 화질이 좋고 노이즈가 발생하지 않습니다.신호 대 잡음비가 클수록 잡음 제어가 더 우수함을 나타냅니다.이 매개변수는 이미지의 노이즈 포인트 수와 관련이 있습니다.신호 대 잡음비가 높을수록 영상이 더 깨끗해지고 야간 투시 영상에서 점 같은 잡음이 줄어듭니다.

  2.5 DSP

  디지털 신호 프로세서 DSP(디지털 신호 처리) 기능: 주로 일련의 복잡한 수학적 알고리즘을 통해 디지털 이미지 신호 매개변수를 최적화하고 처리된 신호를 USB 및 기타 인터페이스를 통해 PC 및 기타 장치로 전송합니다.

  2.5.1 DSP와 ISP의 차이점

  용어 사전:

  ISP는 Image Signal Processor, 즉 Image Signal Processor의 약자입니다.

  DSP는 Digital Signal Processor, 즉 디지털 신호 프로세서의 약자입니다.

  기능 설명:

  ISP는 일반적으로 AEC(자동 노출 제어), AGC(자동 게인 제어), AWB(자동 화이트 밸런스), 색상 보정, 렌즈 음영, 감마 보정 및 죽은 제거와 같은 이미지 센서의 출력 데이터를 처리하는 데 사용됩니다. 픽셀, 자동 블랙 레벨, 자동 화이트 레벨 및 기타 기능.

  DSP 기능은 더 많고 일부 사진 및 에코(JPEG 인코딩 및 디코딩), 녹음 및 재생(비디오 인코딩 및 디코딩), H.264 인코딩 및 디코딩 및 처리의 다른 많은 측면을 수행할 수 있습니다. 즉, 디지털 신호도 처리합니다. .

  3. 분류 및 관련 개념

• 인터페이스에 따르면

• USB 인터페이스

  USB 비디오 클래스의 전체 이름인 UVC는 USB-IF에서 사용자 정의한 일련의 표준입니다.이 표준을 따르는 모든 USB 인터페이스 카메라는 Windows, Linux 및 기타 시스템에서 거의 직접 사용하여 유사한 드라이브 없는 효과를 얻을 수 있습니다.

  물론 실제로 드라이버가 필요하지 않다는 것은 아니지만 USB 인터페이스가 있는 카메라가 UVC 표준을 준수하는 한 Windows 및 Linux 시스템의 범용 드라이버 세트로 구동할 수 있습니다. 그것을 설치합니다.다른 드라이버.예를 들어, Linux 커널에 UVC 장치용 범용 드라이버 세트가 있습니다: drivers/media/usb/uvc.이 드라이버 세트가 켜져 있는 한 거의 모든 UVC 카메라를 직접 사용할 수 있습니다.

  미피 인터페이스

  MIPI(모바일 산업 프로세서 인터페이스)는 모바일 산업 프로세서 인터페이스의 약자입니다.MIPI는 MIPI Alliance에서 시작한 모바일 애플리케이션 프로세서용 개방형 표준입니다.

  MIPI 조직은 모바일 통신 장치의 내부 인터페이스를 표준화하여 호환성 문제를 줄이고 설계를 단순화하기 위해 노력하고 있습니다.예를 들어 카메라 인터페이스 CSI, 디스플레이 인터페이스 DSI, 무선 주파수 인터페이스 DigRF, 마이크/스피커 인터페이스 SLIMbus 등

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• DVP 인터페이스

  DVP는 병렬 포트 전송이며 속도가 느리고 전송 대역폭이 낮고 PCLK 센서 출력 클럭, MCLK(XCLK) 외부 클럭 입력, VSYNC필드 동기화, HSYNCline 동기화, D[0:11]병렬 포트 데이터가 필요합니다. 8/10/12비트 데이터 비트 크기일 수 있습니다.

  LVDS 인터페이스: LVDS(Low Voltage Differential Signaling)는 저전압 차동 신호 전송입니다.

  네트워크 포트: IPC 네트워크 카메라

  SDI 인터페이스: 동축 케이블, 디지털 신호를 사용하는 전문 비디오 인터페이스, 이제 8K 비디오 전송을 충족할 수 있는 18GHz 대역폭의 제품이 있습니다.

  RGB 인터페이스: 아날로그 비디오 인터페이스, 동축 케이블 사용, 아날로그 신호, 720x576 표준 정의 신호 이하.

  eDP 인터페이스: LVDS를 대체하고 초고해상도를 지원하며 1080P 이상을 지원하기 위해 노트북 업계에서 널리 사용되는 비교적 새로운 사양

  3.2 렌즈별 분류

  광각 렌즈

  표준 렌즈

  망원 렌즈

  줌렌즈

  핀홀 렌즈

  3.3 이미징 포인트에 따라

  컬러 카메라

  흑백 카메라

  적외선 카메라

  3.4 감광성 원본에 따르면

  CCD

  CMOS

  3.5 초점 거리 조절 가능 여부에 따라

  고정 초점 카메라

  줌 카메라

  3.6 센서 패키지별 분류

  CPS

  옥수수 속