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Tecnologia de sensores de imagem CMOS
A tecnologia CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) é a principal tecnologia de semicondutores, utilizada para fabricar uma vasta gama de circuitos electrónicos integrados. Os sensores de imagem baseados nesta tecnologia podem tirar total partido do rápido ritmo de inovação tecnológica em vastos sectores da indústria electrónica, permitindo menores dimensões, frequências de funcionamento maiores e integração de componentes complexos. Além disso, os sensores de imagem CMOS podem tirar partido das vantagens do custo da VLSI (Very Large Scale Integration), da integração SOC (system on chip) e da produção automatizada em larga escala.
Os sensores de imagem CMOS oferecem aplicações de imagem no campo da visão computadorizada, uma gama de características que só pode ser implementada nesta tecnologia – em que cada ponto de imagem (pixel) integra não só o fotodetector, mas também alguns elementos activos, no que se designa por Active Pixel Sensor (APS).
A Figura 1 apresenta um gráfico do princípio básico de um sensor de imagem de pixels activos.
Figura 1: Sensores de imagem CMOS de Pixels Activos. APS
Figura 2: Diagrama principal do pixel do sensor de imagem CMOS.
A primeira vantagem da tecnologia de sensores de imagem CMOS que a AWAIBA desenvolveu é a sua elevada resistência à sobrecarga de iluminação. Noutras tecnologias da visão, como os CCD (Charge Coupled Device), isto originaria artefactos como a fluorescência e as manchas. O controlo activo da saturação do fotodiodo nos sensores de imagem CMOS construídos com a tecnologia da AWAIBA permite obter um contraste muito elevado da imagem, que pode ser manuseado sem artefactos ou saturação.A figura 3 ilustra a fluorescência produzida por um sensor de imagem CCD ao reproduzir uma imagem de uma cena de alta dinâmica. Por outro lado, a Figura 4 apresenta uma cena com um contraste de aproximadamente 95dB, adquirido por um sensor CMOS. A imagem mostra um olho humano exposto a uma ‘lâmpada de fenda’, numa aplicação oftalmológica.
Figura 3: Artefactos de fluorescência de sensores de imagem CCD
Figura 4: Cena de alta dinâmica, sem saturação e artefactos, adquirida por um sensor de imagem CMOS.
Uma outra vantagem da tecnologia de sensores de imagem da AWAIBA é o princípio do ‘obturador global’ ou ‘obturador síncrono’. Isto permite que todos os pixels sejam expostos simultaneamente, contrariamente ao obturador rotativo utilizado na maioria das câmaras CMOS de consumo, que origina artefactos quando se pretende captar objectos em movimento rápido. A diferença é facilmente perceptível nas Figuras 5 e 6.
Figura 5: Imagem de uma ventoinha de alta rotação com um sensor CMOS de obturador rotativo.
Figura 6: Imagem sem distorção de uma ventoinha de alta rotação, adquirida com um sensor CMOS de obturador global. A AWAIBA também desenvolveu técnicas para aumentar ligeiramente a resposta espectral dos sensores de imagem CMOS padrão, em ambas as direcções: para os UV e para os IV.
A Figura 7 ilustra uma resposta espectral típica.
Figure 7: Eficiência quântica típica versus comprimento de onda do fotodiodo CMOS, na tecnologia da AWAIBA.AWAIBA CMOS image sensor for high dynamic range automotive applications
