임베디드 카메라의 CMOS 센서 크기는 얼마인가요? 올바른 센서 크기를 선택하려면 어떻게 해야 하나요?

CMOS와 같은 이미지 센서는 오늘날 많은 산업에서 사용 사례가 크게 성장했습니다. 또한 이미지 센서의 디자인 간에도 큰 차이점이 있습니다. 예를 들어, 이러한 센서는 다양한 크기로 제공됩니다.

의심할 여지 없이 카메라 센서의 크기는 감도, 해상도, 다이내믹 레인지, 저조도 성능과 같은 요소를 포함하여 이미징의 핵심 측면에 영향을 미치는 주요 매개변수입니다. 센서 크기와 카메라 성능에 대한 의미를 이해하는 것은 이미징 솔루션의 개발 및 최적화에 중요합니다.

이 블로그에서는 다양한 센서 크기를 비교하고 임베디드 비전 애플리케이션에서 이를 사용하는 방법을 알아봄으로써 전문가적인 통찰력을 얻을 수 있습니다.

하지만 먼저, CMOS 센서가 무엇이고, 크기를 어떻게 측정하는지 먼저 알아보겠습니다.

CMOS 센서란 무엇인가요?

CMOS(Complementary Metal-Oxide Semiconductor)는 빛을 포착하여 전기 신호로 변환하는 디지털 장치입니다. 각 픽셀에 포토다이오드와 트랜지스터 스위치가 있습니다. 빛이 픽셀에 닿으면 강도에 비례하는 전압이 생성됩니다. 전압은 픽셀에서 직접 샘플링됩니다.

각 픽셀에 증폭기가 있으면 아래 그림과 같이 픽셀 신호를 개별적으로 증폭할 수 있습니다.

그림 1: CMOS 센서 아키텍처

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CMOS 센서 사용의 이점

• 높은 프레임 속도 : CMOS 센서는 초당 여러 프레임을 캡처하여 실시간 이미징과 분석을 수행할 수 있습니다.
• 고해상도: CMOS 센서는 고해상도를 보장하여 애플리케이션이 뛰어난 이미징 기능을 제공할 수 있습니다.
• 큰 FoV : CMOS 센서는 광각 이미징을 위한 더 큰 FoV를 제공하는 동시에 애플리케이션이 대형 물체/장면을 캡처할 수 있도록 해줍니다.
• 비용 효율성 : CMOS 센서는 특히 CCD 센서와 비교했을 때 비용이 절감됩니다.
• 전력 소비: CMOS 센서는 전력 소모가 적어 전력을 많이 소모하는 다른 구성 요소가 포함된 임베디드 비전 시스템에 유용합니다.
• 최근 트렌드 : CMOS 센서 채택이 증가함에 따라 제조업체는 다른 센서 개발에서 초점을 옮기고 있습니다.

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카메라 센서 크기는 무엇을 의미합니까? 어떻게 측정합니까?

CMOS 센서는 일반적으로 물리적 크기로 지정됩니다. CMOS 센서의 크기는 센서의 광 수집 표면적을 결정합니다. 센서의 치수는 해상도와 픽셀 크기로 정의됩니다. 아시다시피 센서의 크기는 종종 인치 로 측정됩니다. 이미지 센서 형식은 때때로 센서 크기 또는 광학 형식 이라고 합니다 .

광학 형식의 값은 센서의 대각선 길이에 3/2를 곱한 값입니다.

광학 포맷 = (3/2) * 센서 대각선

예를 들어, 센서 크기가 4.54×3.42mm이고 대각선이 5.68mm인 onsemi™의 AR1335-CMOS 이미지 센서를 생각해 보세요. 따라서 광학 형식은 5.68*3/2 = 8.52mm이며, 이는 1/3.2″로 표현됩니다.

마찬가지로, 다음 그림에서 볼 수 있듯이 시중에는 여러 가지 크기의 센서가 판매됩니다.

그림 2: 센서 크기 치수 그림

CMOS 센서 크기 비교

크롭 팩터는 카메라 센서 크기와 35mm 필름 프레임의 비율과 관련되어 있다는 점을 알아두는 것이 중요합니다.

유형	대각선(mm)	폭	높이	면적	작물 계수
1/2″	8	6.4	4.8	30.7	5.41
1/2.3″	7.66	6.17	4.55	28.5	5.64
1/2.5″	7.18	5.76	4.29	24.7	6.02
1/3″	6	4.8	3.6	17.3	7.21
1/3.2″	5.68	4.54	3.42	15.5	7.61
1/4″	4.5	3.6	2.7	7.92	10.81
2/3″	11	8.8	6.6	58.1	3.93
35mm 풀 프레임	43.1–43.3	35.8–36	23.9–24	856–864	1

It is important to note that the crop factor is related to the ratio of the camera sensor’s size to a 35 mm film frame.

크롭 팩터 = 대각선 35mm / 대각선 센서

임베디드 비전 애플리케이션에 적합한 CMOS 센서 크기를 선택하는 방법은 무엇인가요?

각 애플리케이션은 이미지를 생성하기 위해 서로 다른 센서 크기 요구 사항을 가지고 있습니다. 특정 크기의 센서를 선택할 때 고려해야 할 요소에 대해 논의해 보겠습니다.

• 해상도
• 높은 프레임 속도
• 감광도
• 렌즈 마운트 선택
• 이미지 서클 직경
• 낮은 조명 성능

해상도

해상도는 이미징 시스템이 정확한 객체 세부 정보를 재현하는 능력입니다. 자율 주행 로봇(AMR) 및 자율 주행 차량과 같은 많은 임베디드 비전 애플리케이션은 카메라가 정확한 3D 깊이 측정을 달성하도록 요구합니다. 이는 해당 카메라의 고해상도 기능으로 달성될 것입니다. 픽셀 크기가 큰 센서를 선택하면 해상도가 더 높아질 가능성이 높습니다.

또한, 고품질 이미지를 얻으려면 렌즈의 해상도가 센서의 픽셀 크기와 일치해야 합니다. 꽤 인기 있는 1600 x 1200 픽셀의 카메라 해상도는 종종 1/1.8인치 크기의 더 큰 센서를 사용하고, 이제 하이엔드 4K 해상도는 1/1.2인치 이미지 센서 형식을 사용합니다.

높은 프레임 속도와 글로벌 셔터

자동 번호판 인식, 제스처 인식, 로봇 비전, 드론, AMR과 같은 임베디드 비전 애플리케이션에는 최종 애플리케이션의 특성에 따라 높은 프레임 속도와 글로벌 셔터 기능이 필요합니다. Onsemi의 AR0234는 이러한 애플리케이션에서 사용되는 가장 인기 있는 센서 중 하나입니다.

3.0 μm x 3.0 μm 픽셀 크기를 가진 1/2.6″(대각선 6.8 mm) 광학 포맷 CMOS 센서입니다. 초당 120프레임으로 움직이는 장면을 정확하고 빠르게 캡처하는 데 사용되는 글로벌 셔터 센서입니다. e-con Systems의 See3CAM24_CUG는 ARO234 센서를 기반으로 하는 컬러 글로벌 셔터 카메라입니다 .

탐색: e-con Systems의 See3CAM24_CUG – ARO234 센서를 기반으로 한 컬러 글로벌 셔터 카메라

또한, 사용 가능한 다른 센서 크기로는 1/2.9인치(3.0μm x 3.0μm 픽셀 크기를 갖는 Omnivision의 OV2311 CMOS 이미지 센서) 및 1/3인치(1280H x 960V의 액티브 픽셀 어레이를 갖는 Onsemi의 AR0134 CMOS 디지털 이미지 센서)가 있습니다.

감광도

대형 센서는 일반적으로 픽셀 크기가 크고, 이는 더 높은 감도를 나타냅니다. 높은 감도와 컴팩트한 디자인을 달성하기 위해 산업용 카메라는 일반적으로 1/2.8″ CMOS 이미지 센서를 사용합니다.

이를 통해 높은 수준의 이미지 인식 및 감지 성능이 가능해져 스마트 시티, 감시 및 교통 모니터링 시스템의 안전성이 향상됩니다.

렌즈 마운트 선택

마운트는 렌즈를 카메라 바디에 부착하는 데 사용됩니다. 마운트 선택은 센서 크기에 따라 달라집니다. 예를 들어, 머신 비전 카메라용 렌즈 마운트 유형인 C 마운트는 1.5인치 센서에 적합합니다. 산업용 애플리케이션에서 일반적으로 사용되는 S 마운트 렌즈는 1/2인치, 1/3인치 또는 그 이하의 센서 크기에 적합합니다.

이미지 서클 직경

산업용 카메라에는 렌즈 비네팅/렌즈 셰이딩과 같은 문제가 있을 수 있습니다. 이는 이미지 중심에서 네 모서리/가장자리까지 이미지의 밝기나 채도가 점진적으로 감소하는 것입니다. 이는 렌즈의 이미지 형식(또는 원)이 센서 크기에 비해 너무 작을 때 발생합니다. 따라서 이를 완화하려면 이미지 원 직경이 센서 크기에 맞거나 센서 크기보다 커야 합니다.

저조도 성능

앞서 논의했듯이, 대형 센서는 빛을 더 잘 받아들이는 더 큰 포토사이트를 포함하고 있어 작은 센서에 비해 저조도 이미지를 캡처하는 카메라의 능력을 향상시킵니다. 저조도 성능을 목표로 하는 두 가지 인기 있는 센서 크기는 1/1.2인치(예: Sony® IMX485 기반 4K 해상도 CMOS 이미지 센서)와 35mm 풀 프레임입니다.

센서 기술이 계속 발전함에 따라 다양한 크기의 센서에서 향상된 성능을 추구하는 추세가 계속되고 있습니다. 그러나 많은 시나리오에서 더 큰 센서가 더 우수한 성능을 제공한다는 것은 부인할 수 없습니다.

그러나 크기가 커질수록 비용도 높아진다는 점을 인식하는 것이 중요하며, 일반적으로 대형 센서는 작은 센서에 비해 가격이 더 비쌉니다.

e-con Systems – CMOS 센서 기반 카메라 제공 분야의 선두주자

e-con Systems는 OEM 카메라 설계, 개발 및 제조 분야에서 20년 이상의 경험을 보유하고 있으며, 고객에게 세계적 수준의 CMOS 카메라 모듈을 제공한 실적이 있습니다 . 성공적으로 다룬 사용 사례에는 산업, 소매, 농업, 의료 등이 있습니다. 이러한 모듈은 NVIDIA Jetson을 포함한 여러 임베디드 플랫폼과 완벽하게 호환됩니다. 당사 포트폴리오에는 다양한 제조업체의 센서가 포함되어 있으며, 광범위한 크기와 기능을 포함합니다. 아래는 당사 포트폴리오의 센서 크기와 해당 센서 이름의 포괄적인 표입니다.

센서 크기	센서 명
1/1.2	IMX485	IMX585
1/1.7	AR0821
1/1.8	AR2020	IMX568
1/2.3	AR1820	IMX477	IMX412
1/2.42	ISX031
1/2.5	AR0521	AR0522	AR0233	IMX317
1/2.6	AR0234
1/2.7	AR0230
1/2.8	IMX662	IMX462	IMX298	IMX415	IMX290	IMX715	IMX327
1/2.9	AR0830	OV2312	OV2311
1/3	AR0330	AR0134	MT9V024
1/3.2	AR1335
1/3.6	AR0341
1/4	OV5640
2/3	IMX264

e-con Systems는 또한 개별 고객 요구 사항에 맞는 맞춤형 CMOS 카메라 솔루션을 제공하는 데 전념하고 있습니다. 당사의 노련한 전문가 팀은 고객과 긴밀히 협력하여 맞춤형 카메라 솔루션을 개발합니다. 당사의 맞춤형 서비스에는 맞춤형 센서 선택, 렌즈 구성, 하드웨어 및 소프트웨어 구성 요소와의 통합이 포함됩니다.

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