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Sony Pregius S de cuarta generación
Introducción + Cámaras emergentes con sensores Sony
Pregius es una tecnología utilizada en sensores de imagen CMOS desarrollada por Sony Semiconductor Solutions Corporation. Combina el rendimiento de bajo ruido de la tecnología CCD con las características de alta velocidad y alta precisión de la tecnología de obturador global, lo que lo hace ideal para aplicaciones industriales.
Una nueva versión de Pregius, llamada Pregius S, presenta una estructura retroiluminada para un tamaño de sensor más pequeño y velocidades de cuadro más rápidas, manteniendo al mismo tiempo una alta calidad de imagen. También utiliza una estructura apilada para acomodar funciones adicionales de procesamiento de señales.
Los sensores Pregius CMOS de Sony han pasado por cuatro generaciones, siendo la última la Pregius S. Cada generación ofrece mejoras, pero ciertas características de generaciones anteriores aún pueden sobresalir en aspectos específicos como resolución, velocidad de fotogramas, calidad de imagen o características del sensor. La elección de la generación depende de los requisitos específicos de la aplicación.
Iluminado frontalmente frente a iluminado trasero
Los sensores CMOS con iluminación frontal (FSI) incorporan un sustrato de silicio con una capa de cableado para construir el fotodiodo. Esta disposición ofrece una doble ventaja: en primer lugar, actúa como un escudo protector contra la luz extraña, evitando que afecte a la carga eléctrica almacenada en la región de la memoria. En segundo lugar, facilita la transmisión de señales a través del sensor y al mismo tiempo protege la memoria de la luz. En consecuencia, las estructuras de píxeles FSI se han adoptado ampliamente en los sensores de imagen CMOS convencionales. No obstante, la presencia de cableado sobre el fotodiodo obstruye la luz incidente, lo que presenta desafíos al intentar miniaturizar los píxeles.
Los sensores de imagen CMOS convencionales suelen integrar circuitos lógicos analógicos y de píxeles en el mismo chip, lo que genera diversas limitaciones y desafíos en términos de tamaño del circuito, ruido y optimización general. Para abordar estos problemas, se desarrolló la arquitectura del sensor con iluminación trasera (BSI). Los sensores BSI colocan la sección del circuito del píxel debajo del área fotosensible, lo que permite que llegue más luz al sensor. Este diseño da como resultado píxeles más pequeños, lo que permite la creación de sensores más compactos que funcionan bien con formatos ópticos más pequeños y ofrecen resoluciones más altas.
Las ventajas de los sensores BSI incluyen una diafonía reducida entre píxeles, tiempos de respuesta mejorados y una reproducción del color más precisa. Los sensores BSI capturan fotones de manera más eficiente, ya que llegan rápidamente a la sección de píxeles para su detección. Este diseño también aumenta el área fotosensible en comparación con el área total de píxeles, lo que reduce la necesidad de diseños complejos de microlentes. Además, los sensores BSI mejoran el ángulo del rayo principal (CRA) y acercan la máscara del filtro Bayer al píxel, mejorando aún más el rendimiento de la imagen.
Beneficios de 4th Generación Global Shutter CIS
La tecnología de obturador global Pregius S de cuarta generación proporciona una multitud de beneficios debido a su estructura BSI recientemente desarrollada. Estos beneficios incluyen mayor calidad, precisión y productividad. En comparación con las generaciones anteriores, la estructura BSI tiene un ángulo de incidencia más amplio que contribuye a una mayor sensibilidad, además de una estructura de blindaje de luz y cables metálicos debajo del fotodiodo que aumentan la velocidad. Estos beneficios permiten una resolución más alta en un formato y paquete óptico más pequeño, una mayor velocidad de fotogramas/calidad de imagen y más funcionalidad con diversas aplicaciones.
La nueva tecnología de píxeles de obturador global retroiluminado (BI) de 2.74 um permite;
✓ Mayor resolución
En formato y paquete óptico más pequeño.
Más de 20 millones de píxeles en una cámara de 29 mm
(paquete LGA de 21×20 [mm])
✓ Alta velocidad de fotogramas
Con alta calidad de imagen
Hasta 5 Gbps/carril x 8 (SLVS-EC IF)
Señal de alta saturación y bajo ruido.
✓ Más funcionalidad
Para diversas aplicaciones
Flexibilidad del cableado del circuito mediante tecnología de apilamiento
Mantener la compatibilidad y mejorar la usabilidad
Mayor eficiencia cuántica
Ángulo de incidencia más amplio
- Se mejoró el rendimiento del ángulo de incidencia inferior (horizontal) debido al menor tamaño de píxel según la estructura de BI y el diseño de píxeles.
- La dependencia de la dirección se reduce mejorando significativamente en horizontal y manteniendo en vertical.
Alta Velocidad
- La estructura de píxeles retroiluminada ofrece un alto grado de libertad en lo que respecta al diseño del cableado.
- La velocidad de fotogramas de lectura producida es 2.4 veces más rápida que la de los sensores de imagen convencionales.
- Área de imagen: aproximadamente 1.7 veces mayor
- Número de fotogramas: aproximadamente 1.4 veces más
- Alta velocidad (tasa de datos de salida): aproximadamente 2.4 veces más rápida
Además de los beneficios proporcionados por esta tecnología recientemente introducida, el 4th El sensor Pregius S de nueva generación también cuenta con una serie de características mejoradas. La primera de estas características incluye ADC dual con combinación incorporada que garantiza un mayor rango dinámico y una menor carga de datos de salida/postprocesamiento. Además, la función de obturador de intervalo corto y la salida monitoreada durante el período de exposición para un fácil control del tiempo del flash.
Clave
Gatillo doble
Al dividir la pantalla en dos áreas y generar imágenes con diferentes tiempos de exposición, se obtienen ganancias en cada área. También es posible recortar un área arbitraria utilizando Overlap ROI dentro de cada una de las dos áreas.
El disparador dual tiene las dos funciones siguientes que se pueden configurar juntas:
(1) Cambio de configuración del tiempo de exposición
(2) Configuración de ganancia de conmutación
Compresión de gradación
Este proceso crea datos de salida de 8 bits. Compresión de gradación como se muestra a continuación. En el caso en que la configuración dé como resultado datos AD comprimidos de más de 8 bits, el valor de los datos de salida se recorta en 255. En el caso de la salida SLVS, 0 y 255 son datos comprimidos generados como 1 y 254.
Cuando el sensor genera datos de imagen durante la compresión de gradación, puede ser necesario que el siguiente DSP descomprima los datos de entrada para procesarlos correctamente. A continuación se muestra un ejemplo de la fórmula inversa. En este caso, las operaciones de división en la fórmula se pueden realizar simplemente con operaciones de desplazamiento, ya que Δ1 y Δ2 están elevados a 2. En el caso de la salida SLVS, 0 y 255 son datos comprimidos como 1 y 254. Debido a esto, los datos no se pueden descomprimir.
Modo de disparo de exposición múltiple
Este sensor expone el valor de EXP_MAX (ID de chip = 04h Dirección = 0Eh, 0Fh) y los datos del cuadro se emiten después de la última exposición. Durante el período de salida de datos, un inicio (entrada de caída de XTRIG) es posible mediante la exposición del siguiente fotograma, pero no es posible exponerlo y finalizarlo (entrada de inicio de XTRIG). La posición de sincronización de reflexión para los registros marcados "V" es la misma que la sincronización en la hoja de datos. Sin embargo, durante el modo de disparo de exposición múltiple, se refleja en el disparo de la última exposición.
Modo ROI de fotogramas múltiples
Esta función fue posible gracias al control de secuencia establecido por la ganancia y el período de exposición de cada cuadro. Esto supone que los fotogramas Multi Frame ROI 2 o los fotogramas Multi Frame ROI 4 son de un solo conjunto. La posición de recorte puede establecer un máximo de 16 áreas especificadas por 4 puntos horizontales y 4 puntos verticales, considerando la posición inicial efectiva del píxel como origen (0, 0) en el modo de escaneo de todos los píxeles.
Modo de exposición corta
Este modo puede establecer un tiempo de exposición corto controlando los registros. Existe la posibilidad de que este modo afecte la calidad de la imagen. Este modo se puede utilizar después de una evaluación exhaustiva. Existe la posibilidad de que el tiempo de exposición de este modo pueda cambiar en ± 500 ns dependiendo de la muestra, el entorno, la temperatura, el voltaje, etc. En el caso de que se utilice una fuente de luz intensa, el tiempo de exposición puede cambiarse mediante PLS y pronto.
Obturador de intervalo corto
Esta función produce el doble de exposición a intervalos de obturación de 2 μs o más. Se supone que se utiliza para exponer dos fotogramas consecutivos a luces de exposición, respectivamente, en un intervalo corto. Por ejemplo, para la velocimetría de imagen de partículas (PIV), que se utiliza para la detección de partículas o la medición de su velocidad. El registro puede ajustar el primer y el segundo período de exposición, así como el intervalo entre la primera y la segunda exposición (período de prohibición de exposición) (unidad: 1 ns). Para el período de exposición y el período de exposición prohibido, las señales de control se pueden monitorear usando TOUT2 a TOUT13.47.
Termómetro
El tiempo de lectura de la temperatura es el siguiente.
Después de configurar TEMPERATURE_EN en 1, se actualiza la temperatura medida (TEMPERATURE_VAL). Una vez finalizada la actualización de la temperatura medida, la operación automática cambia TEMPERATURE_EN de Alta a Baja. El tiempo que TEMPERATURE_EN cambia de Alta a Baja mediante la operación automática es de 200 μs o más. La lectura de temperatura debe medirse cuando TEMPERATURE_EN es baja. Después de eso, el valor de TEMPERATURE_VAL se mantiene hasta el siguiente momento de establecer "1" en TEMPERATURE_EN. La escritura de TEMPERATURE_EN y la lectura de los datos de TEMPERATURE_VAL son posibles fuera del período de comunicación prohibido. El tiempo de reflexión al configurar TEMPERATURE_EN durante el período de comunicación se muestra a continuación.
ADC dual
Esta función genera 2 datos de ganancia diferentes desde el mismo píxel. Combinando estas imágenes, se puede lograr una imagen HDR o de bits altos.
Dual ADC tiene los siguientes dos modos:
Sin combinación: las líneas de ganancia baja y alta se emiten alternativamente después de la línea de información del cuadro (línea de datos integrada en SLVS-EC) como se muestra a continuación.
Con combinación incorporada: las líneas de baja ganancia y las líneas de alta ganancia se combinan y emiten. Por lo tanto, el número de líneas de salida se reduce a la mitad con respecto al modo sin combinación.
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