第6课：手机照相模组之Sensor介绍
SENSOR摄像头介绍
分辨率名词 • • • • • • • • SXGA 1280*1024 XGA 1024*768 SVGA 800*600 VGA 640*480 CIF 352*288 SIF/QVGA 320*240 QCIF 176*144 QSIF/QQVGA 160*120 1.3M 0.8M 0.5M 0.3M 0.1M
AF的流程：
• 一般来说我们要求的AF拍照流程是: • 1. Preview 即手机从摄像头取数据刷到LCD上面 • 2. 执行AF enable 然后AF trigger（两种方式）： 1， 等待(可以加延时)AF完成 2，判断AF完成。 其标志是执行完AF trigger 后地址0xB019对应的DATA会自动恢复为0。 • 3. 手机停止向LCD刷preview数据 • 4. 切换摄像头context B（进入拍照模式）. • 5. 抓一帧数据完成capture. • 6. 关闭AF Enable
1，DVDD: core power /digital power 我司建议用电压 1.8V （电压范围1.7-1.95V） 2，AVDD: analog power 我司建议用电压 2.8V （电压范围2.5-3.1V） 3，DOVDD:I/O power 我司建议用电压 2.8V （电压范围1.7-3.1V） 可以用1.8V 4，GND: 包括DGND和 AGND digital ground analog ground VCM: 2.8V(AF)
Camera 介绍
1，第一部分………………. Sensor命名规则 2，第二部分………………. Sensor主要介绍 3，第三部分--------------------Communication Protocols 4，第四部分--------------------工作模式流程 5，第五部分--------------------Sensor 效果
Sensor 介绍
Company
LOGO
Sensor 概述
• 图像传感器（SENSOR）是一种半导体芯片，其表面包含有几十万到 几百万的光电二极管。光电二极管受到光照射时，就会产生电荷。
SENSOR可以分为两类： • CCD（charge couple device） ：电荷耦合器件 • CMOS(complementary metal oxide semiconductor)：互补金属氧化 物半导体（以下以CMOS为例，进行介绍）
•
•
Micro-lens, Lens, Holder, Dimension request trend
Module structure
Confidential 内部资料
COB type sensor structure
Lens
Holder
Target thickness: <7mm for VGA <6mm for CIF
IR Filter Components PCB
Sensor
0.74mm 0.50mm
FPC
Confidential 内部资料
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13
Color filter & Bayer Pattern
Confidential 内部资料
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Pixel Structure
Back
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Camera Pin 含义
sensor.c 主要是sensor的初始化设置，一般由sensor供应商提供初始化代码
camdef.h DSP芯片、LCM型号、 sensor型号的定义和选择；拍摄文件大小、图 片质量、DSP参数的设置；显示范围、拍摄模式等函数的简单定义和描述。
Android之Sensor 简介
1.Sensor Type 重力感应/加速度传感器 (G-Sensor) 光感应 (Light-Sensor) 温度感应 方向感应 磁场、 临近性
2.如何实现 Sensor 编程 a.获取系统服务（SENSOR_SERVICE)返回一个 SensorManager 对象 sensormanager = (SensorManager)getSystemSeriver(SENSOR_SERVICE); b.通过 SensorManager 对象获取相应的 Sensor 类型的对象 sensorObject = sensormanager.getDefaultSensor(sensor Type); c.声明一个 SensorEventListener 对象用于侦听 Sensor 事件，并重载
3.关于 G-Sensor Android 加速度传感器的类型是 Sensor.TYPE_ACCELEROMETER 通过 android.hardware.SensorEvent 返回加速度传感器值。 加速度传感器返回值的单位是加速度的单位 m/s^2(米每二次方秒)，有三个方向的值分别
是 values[0]: x-axis 方向加速度 values[1]: y-axis 方向加速度 values[2]: z-axis 方向加速度
3.Window7 与 win xp 不同
Window7 下安装 SensorSimulator 的过程同上，但有点不同的地方时 adb 命令 不知道是 Android sdk 路径的问题还是其他的原因，在 Windows 7 下 CMD 命令下 无法执行 adb 命令， 需要找到 adb.exe 的文件路径下执行才可以.
该方法只对受此应用程序监视的传感器调用(更多内容见下文)。该方法的参数包 括：一个整数，指示更改的传感器;一个浮点值数组，表示传感器数据本身。有些传感器只 提供一个数据值，另一些则提供三个浮点值。方向和加速表传感器都提供三个数据值。
CameraSensor基础知识
CameraSensor基础知识1. 感光原理Camera Sensor是由数百万上千万数量⼩⽅块的CCD或CMOS感光元件（简称像素），以平⾯阵列⽅式排列组成，其感光原理是于感光元件表层上整合RGB（红、绿、蓝）三原⾊的滤镜，通过对⼀个⼀个的感光点对光进⾏采样和量化形成图像。
Sensor中每⼀个感光点只对应⼀个彩⾊滤光⽚，因此只能感光RGB中的⼀种颜⾊。
通常所说的30万像素或130万像素等，指的是有30万或130万个感光点。
如果⼀台拥有⼀千⼆百万像素的数码相机，明显地就是最少12,000,000⼩⽅块的感光元件了Sensor的彩⾊滤镜阵列元件，基本上是采⽤了Bayer图样（RGRG/GBGB排列如上图）的排列⽅式，实现RGB三原⾊滤镜依序，以Striped Array（条状阵列）形式，红、蓝、绿相互交替，各施其职，分别去 "捕捉" 三原⾊的光能量。
以光学的⾓度⽽⾔，应该说成是光线通过镜头的不同镜⽚组，投射抵达⾄整合了Bayer图样的条状阵列RGB滤镜的图像传感器，⽽图像传感器记录了进光量的电荷，转成数字参数，成为了RAW⽂件的图像信息即RAW DATA。
绿⾊滤镜元件，是红、蓝的2倍，只因⼈类眼睛识别颜⾊不是线性的，我们的眼睛对于绿⾊，显然是⽐较敏感。
因此护眼常识都在⿎励⼈们多看绿⾊的缘故。
理论上RGB的3原⾊滤镜数量⽐例是1: 2: 1。
Bayer RGB是属于 RGB RAW data的，但是 RGB RAW data不⼀定是Bayer pattern。
Sensor输出的RAW格式图像⼤⼩取决于⾃⾝特性与配置，例如某款Sensor配置为10-bit RGB RAW并且图像尺⼨为1024*768，那么单帧图像⼤⼩为1024*768*10bit=7680kb。
当然也有些Sensor内置格式转换单元，可以直接输出YUV数据或者RGB数据。
2. 输出接⼝-DVPDVP（Digital Video Port）是传统的sensor输出接⼝，采⽤并⾏输出⽅式，数据位宽有8bit、10bit、12bit、16bit等，是CMOS电平信号（重点是⾮差分信号）。
Cmos sensor工作原理知识
Prt Two
Cmos sensor基本 概念
定义和作用
Cmos sensor是一种半导体图像传感器用于捕捉图像信息 Cmos sensor的工作原理是利用光电效应将光信号转换为电信号 Cmos sensor广泛应用于数码相机、手机摄像头、安防监控等领域 Cmos sensor具有高灵敏度、低功耗、低成本等优点
温度和光照条件的影响
温度影响：温度 过高或过低都会 影响传感器的性 能可能导致图像 模糊或失真
光照条件影响： 光照过强或过弱 都会影响传感器 的性能可能导致 图像曝光过度或 曝光不足
温度和光照条件 的综合影响：温 度和光照条件共 同作用可能会导 致传感器的性能 不稳定影响图像 质量
解决方案：通过 调整传感器的工 作环境如安装散 热装置、调整光 照强度等可以改 善传感器的性能 提高图像质量。
信号转换：将预处理后的信号转换为数字 信号
信号传输：将数字信号传输到后端处理设 备
信号处理：在后端处理设备上进行图像处 理如色彩校正、锐化等
信号输出：将处理后的信号输出到显示设 备或存储设备
噪声来源和抑制方法
噪声来源：热噪声、散粒噪声、光子噪声等 抑制方法：采用低噪声放大器、增加信号带宽、采用数字信号处理技术等 信号处理：对信号进行滤波、放大、数字化等处理 读出方法：采用CMOS图像传感器、DC等设备进行信号读出
动态范围：Cmos传感器的动态范围是指其能够捕捉到的最亮和最暗之间的范围通常用dB来表 示。
影响因素：分辨率和动态范围都会受到传感器尺寸、像素大小、感光元件类型等因素的影响。
应用：分辨率和动态范围是Cmos传感器性能的两个重要指标对于图像处理、视频监控等领域 的应用具有重要意义。
速度和功耗
手机里的这些传感器你都知道是什么作用吗？盘点手机常用传感器
手机里的这些传感器你都知道是什么作用吗？盘点手机常用传感器智能手机已经深入并广泛应用到人们的日常生活、工作、学习中，人们对智能手机的要求也越来越高。
有一部分人智能手机是如何智能化的，智能手机是如何实现自动转屏等各种功能的呢？其实，这都是传感器的功劳。
简单来说，传感器就是手机里那些可以被测量并且可以按照一定的规律变化成可用输出信号的器件或装置。
一般这类传感器都是由敏感元件以及转换元件组件。
手机传感器只能检测到变化。
如果属性没有变化，它显示的温度值、距离值、光和压力的值可能不准确。
光线传感器光线感应器也叫做亮度感应器，用来感应光线强弱的。
很多平板电脑和手机都配备了该感应器，一般位于手持设备屏幕上方，它能根据手持设备目前所处的光线亮度，自动调节手持设备屏幕亮度，给使用者带来最佳的视觉效果。
例如在太阳光下，设备屏幕背光灯就会自动变亮，否则灰暗看不清。
距离传感器距离传感器一般是配合着光线传感器来使用。
当你拨打电话时，把手机放在听筒位置，距离传感器会测算手机到你耳朵的距离，然后触发熄屏的功能。
比如熄灭屏幕或是自动锁屏等，同样也可以配合各种保护套来使用。
重力传感器重力感应器，又称重力传感器，新型属传感器技术，它采用弹性敏感元件制成悬臂式位移器，与采用弹性敏感元件制成的储能弹簧来驱动电触点，完成从重力变化到电信号的转换。
如今手机屏幕越来越大，平时在观看视频、玩游戏的时候，我们一般都会把手机横过来操作。
在一些游戏中也可以通过重力传感器来实现更丰富的交互控制，比如平衡球、赛车游戏等。
加速度传感器加速度传感顾名思义就是一种能够测量加速度的传感器。
加速度传感器是多个维度测算的，主要测算一些瞬时加速或减速的动作。
比如测量手机的运动速度，在游戏里能通过加速度传感器触发特殊指令。
日常应用中的一些微信摇一摇、翻转静音、QQ摇动截屏、摇一摇切歌等都用到了这枚传感器。
指纹传感器指纹传感器（又称指纹Sensor）是实现指纹自动采集的关键器件。
CCM介绍
CMOS Camera Module 摄像头模组知识培训手机摄像头模组的应用手机摄像头模组结构介绍摄像头Sensor的相关技术摄像头模组的相关技术自动变焦摄像头模组摄像头Sensor的相关技术1）Sensor的工作原理2）Sensor的像素3）Sensor的类型4）Sensor的封装形式5）Sensor的厂商和型号6）目前国内及全球Sensor使用现况光是一种波，可见光只是整个光波中的一段。
Lens就是一个能够截止不可见光波，而让可见光通过的带通滤波器。
Sensor 的工作原理其实传感器Sensor中感光的部分是由许多个像素按照一定规律排列的，如左图：光照--〉电荷--〉弱电流--〉RGB数字信号波形--〉YUV数字信号信号Sensor 的工作原理Sensor的工作原理Sensor的像素★30万像素最大点阵640×480 （VGA）★130万像素最大点阵1280×960 （SXGA）★200万像素最大点阵1600×1280 （UXGA）★300万像素最大点阵2048×1536Sensor的类型此类感光元件有两种，CCD和CMOS。
CCD（Charge Coupled Device）为电荷藕合器件图像传感器。
目前有能力生产CCD 的公司分别为：SONY、Philips、Kodak、Matsushita、Fuji和Sharp，大半是日本厂商。
CMOS（Complementary Metal-Oxide Semiconductor）为互补性氧化金属半导体图像传感器。
对于CMOS来说，具有便于大规模生产，且速度快、成本较低，将是数字相机关键器件的发展方向。
CMOS感光器以已经有逐渐取代CCD感光器的趋势，并有希望在不久的将来成为主流的感光器。
Sensor的封装形式目前的Sensor有两种封装形式，即CSP和DICE。
在模组厂商加工制造中，CSP所对应的制程是SMT，DICE所对应的制程是COB。
摄像机sensor介绍
摄像机SENSOR介绍Sensor即传感器，是摄像机的核心部件，作用是将光信号转换成电信号，方便处理和存储。
Sensor的类型有两种，CCD和CMOS。
CCD即电荷耦合器( charge-couled device)，CMOS即互补金属氧化物半导体（Complementary Metal Oxide Semiconductor），两种传感器原理上都是光敏元件在光照的条件下产生电荷，电荷转移产生电流，电流经过整流放大、模数转换形成数字信号，最终以二进制数字图像矩阵的形式输出给专门的DSP处理芯片。
CCD和CMOS两者在结构原理上的主要区别有两点：1、感光元件不同，CCD的感光元件除了感光二极管之外，还包括一个用于控制相邻电荷的存储单元，感光二极管占据了绝大多数面积，即CCD的开口率（有效感光区域与整个感光元件的面积比值）很大。
而CMOS 感光元件的构成就比较复杂，除处于核心地位的感光二极管之外，它还包括放大器与模数转换电路，每个像点的构成为一个感光二极管和四个晶体管，而感光二极管占据的面积只是整个元件的一小部分，造成的后果是CMOS的开口率很小。
这样在接受同等光照及元件大小相同的情况下，CMOS感光元件所能捕捉到的光信号就明显小于CCD元件，灵敏度较低；体现在输出结果上，就是CMOS传感器捕捉到的图像内容不如CCD传感器来得丰富，图像细节丢失情况严重且噪声明显；2、噪声大小不同，CCD传感器电荷是转移之后统一输出放大，即每个像点的电信号强度都获得同样幅度的增大。
而CMOS 传感器中每一个感光元件都直接整合了放大器和模数转换，每个像素点的电信号先单独放大转换成数字信号，再汇聚一起形成二进制数字图像矩阵。
CMOS感光元件中的放大器属于模拟器件，无法保证每个像点的放大率都保持严格一致，因此产生的噪声较大。
通过以上比较同等条件下CMOS的性能不如CCD，但CMOS的优势在于成本上，CMOS 传感器采用一般半导体电路最常用的CMOS工艺，工艺相对简单，成本低；而CCD的工艺复杂，外围外围芯片的成本高。
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被處理晶片記錄和解讀成像。 優缺點：成本低，耗電量小，便於製造，可與影響處理電路同處於一个晶片上，但
Normal Image
Noise Image
3 Sensor 特性-SNR
Ⅱ.SNR Methodology
The SNR is defined mathematically as
* Where pixel is the mean value over all pixels and all frames and σi,j is the standard deviation of the value of the pixel at coordinated (i,j) over all frames
Ⅱ. Flicker產生的原因
產生Flicker的根本原因是不同pixel接受到的光能量不同，也就是影像的亮度的不同所 導致。電源的頻率有兩種標準：50Hz（大陸）和60Hz（臺灣、日本）的正弦波形，對應的 能量一個頻率為100Hz和120Hz的波形（如下圖所示） ， 由於能量在時間方向上的波形， 照在 Sensor 上就使每一個 pixel 產生在時間方向上的相應波形，由於 CMOS Sensor 的 曝光方式是一行一行的方式進行的，也就是同一行上的每個pixel 的曝光開始點和曝光的時 間都是一樣的，所以同一行的所有點所接受到的能量是一樣的。而在不同行之間雖然曝光 時間都是一樣的，但是曝光的開始點是不同的，所以不同行之間所接受到的能量是不一定 相同的，由此導致影像出現 Flicker。
3 Sensor 特性-Dynamic Range
Ⅱ. Dynamic Range Methodology
Sensor的動態範圍定義公式如下： 動態範圍(db) = 20*log10(全電荷容量/暗電流容量）
DynamicRange 20log 10( 255 )
noise
Sensor的動態範圍定義的是 Sensor最大蓄積電荷和最小噪聲電荷的倍數關係。
3 Sensor 特性-CCM
Ⅶ.影響色彩的因素
明度
色溫
RGB三原色表現能力
3 Sensor 特性- AWB
Ⅰ. AWB的概念
AWB為Auto White Blanca的縮寫，即自動白平衡，顧名思義就是攝像模組對『 白色』的正確判斷。完整的太陽光譜之中蘊含了七種色彩，物體本身藉由反射白光顯 示出顏色， 但如果白光源的色彩成分有所改變，勢必會影響光的顏色，也直接或間接 地改變了物體本來的顏色，形成色差。
從光線到色彩：人眼可見光的波長從400nm – 700nm，頻率為 750TeraHZ – 430THZ，這段 光譜色彩表現，正好呈現了由紅到紫的七色彩虹。
3 Sensor 特性-CCM
Ⅴ.色係介紹
3 Sensor 特性-CCM
Ⅵ.色彩辨識
Sensor的第二層是『分色濾色片』，這個部份的作用主要是幫助 Sensor 具備色彩辨識的能力。回到源頭，Sensor本身僅是光與電感應器， 透過分色濾片，Sensor可以分開感應不同光線的『成分』，從而在最後影響 處理器還原回原始色彩。
3 Sensor 特性-CCM
Ⅳ.色彩原理
色彩的呈現與光有密不可分的關係，是光的波動和粒子表現。 光是粒子：牛頓用三棱鏡將自然白光分解從紅到紫的七種色光，證明白光並不是單一 的，而是幾種不同色光的複合，不同色光就是有不同的微粒，其中紫光微粒的質量最大，紅光
微粒的質量最小。
光是波動：麥克斯威爾發表著名的電磁方程式，揭示了光波其實也是電磁波的一種。
3 Sensor 特性-Dynamic Range
Ⅲ. Dynamic Range Test
Use photo shop to calculate Capture a Image with black broad Use photo shop to calculate σ noise Calculate DR value
3 Sensor 特性-Flicker
Ⅰ. Flicker的概念
Flicker即畫面不停的跳動或閃爍，主要說明攝像模組的成像系統的穩定性。通常可以 通過Driver來克服，在顯示時按照其正常顯示象素來顯示 。
Flicker Image
Normal Image
3 Sensor 特性-Flicker
* Measure the μpixel value from the block of the picture.
3 Sensor 特性- SNR
Ⅲ. SNR Test
Test conditions
Test Condition Test Environment Light source Brightness Color temperature Test Target Test Distance Camera Setting
標準色板—Color checker
Color checker 各色塊RGB標準值
3 Sensor 特性-CCM
Ⅱ. CCM Methodology
3 Sensor 特性-CCM
Ⅲ. Color Test
為了明瞭實測和理想值的差距, 在Color Checker 色表的每一個區塊, 我們可以另外標示3個zone。 Zone(1) 為原始攝影圖塊、Zone（2）則為理想的 Color Checker HSV值合併運算曝光之表現以及 Zone (3) 原始 ColorChecker 標準值。在 Zone 1 和 Zone 2 之間, 我們主要是用來比較曝光的誤差, 所以, 這兩個區塊的明亮度最好是相近, 而 Zone 3 代表色彩的理想值, 所以, 比較 Zone 1 及 Zone 3 , 我們即可以明瞭Module 在色彩上的偏移情況。
电流变化过于频繁而会产生过热的現象，從而導致影響容易出現雜點。 用途：低端數位相機、手機照相模组、與CCD對比
Items 1.使用材料 2.設計難度 3.信息读取 4.影像處理速度 5.耗电量 6.成像质量 7.同分辨率下价格 8.雜訊比 9.用途
CCD VS CMOS
3 Sensor 特性-SNR
Ⅳ.雜訊消除
訊號（Signal）& 雜訊（Noise）, SNR訊噪比公式： SNR= Signal / Noise （單位 dB） 。 由於釐清了雜訊的產生方式與原因，我們就有能力針對個別的雜訊提出抑制方案也就是業界所 俗稱的『Noise Reduction』/NR。目前業界針對CCD在長時間曝光環境下所產生的熱力『暗 電 流』，採取一次連拍兩張相同曝光時間的照片，將其中一張用鏡頭蓋起來或是關閉反光板的方 式取得單獨暗電流影像（Dark frame），再利用後製或相機內影像處理程式，辨別出雜訊『雜 點』的位置將其消除。
3 Sensor 特性-Dynamic Range
Ⅳ.動態範圍能力說明
一般相機的使用者很少會碰到如此極端的狀況，除非是拍攝夜景、晨昏風景等，才會 有機會接觸到大範圍的極端反差情況，例如上圖：天空-黃框屬於白光亮部 Over 曝光細節 ；地上-藍框屬於黑色暗部 Under 部分。動態範圍大的影像器材，兩者都可以表現出相當的 細膩程度（例如：山腳下房子清楚可見）；相對地動態範圍不足的相機，遇到這個情形就 只能以全白或全黑來顯示，無法看到相對的細節成份。
3 Sensor 特性- AWB
Ⅳ.修正白平衡的奧秘
修正白平衡就是修正色溫的改變根據不同的環境設定相應的色溫值。
3 Sensor 特性-SNR
Ⅰ. SNR的概念
SNR為Signal / Noise Ratio的縮寫，即訊噪比，是sensor一個重要的觀察指標。 Sensor 本身一個消耗能量(電力)的設備。有能源的消耗，自然就會產生熱量，『熱』導致 晶片材質的電子活動加劇，受熱的電子不斷的運動而產生了電流，形成所謂的『暗電流』 （Black Level）。
成儲存電荷的能力。 物體→鏡頭進光→CDD表面感光→光線能量轉換成電荷→通道綫路→將電荷 傳輸至放大解碼元件→還原CCD上感光元件產生的訊號→並構成完整的畫面。 優缺點：面積越小，畫素越高，成本越低，但結構設計難度高，製成良率低。 用於：數位相機、掃描器
2 Sensor 類型-COMS
CMOS介绍
项目管理部训练教材之Sensor介绍
0
資料內容
1 Sensor基本結構 2 Sensor 類型 3 Sensor 特性介紹 4 Sensor Roadmap
1 Sensor 基本結構-解剖圖
1 Sensor 基本結構-芯片架構
1 Sensor 基本結構-結構元
1 Sensor 基本結構-物理尺寸
3 Sensor 特性-Dynamic Range
Ⅰ. Dynamic Range的概念
Dynamic Range即動態範圍，在電子學上的解釋為『接收器所能接收信號極限所涵蓋 的範圍』，就 Sensor 而言，就是亮部與暗部的細節檢測（也可以說是黑與白的極端表現 ）。指sensor對原物色調變化的感應能力，以dB為單位，數值愈高對畫質愈有利。
Parameter Spectra Light III D light 580±50 Lux 6800±200K Color checker(Block21~22) Take picture of the 90% chart Specified in test plan
Test method & Data Use Imatest Calculate the average of Block21 and 22
3 Sensor 特性-CCM