第6课：手机照相模组之Sensor介绍

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）。

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。

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。

imagesensor工作原理imagesensor，即图像传感器，是一种将光信号转化为电信号的器件。

它是数字相机、手机摄像头等图像设备的核心组件，其工作原理主要包括光电转换和信号处理两个部分。

光电转换是imagesensor的基本功能。

当光照射到imagesensor 上时，光子会激发sensor中的光敏元件，使其产生电荷。

光敏元件通常采用半导体材料，如硅(Si)或铟镓锗(InGaAs)，这些材料能够将光子能量转化为电子能量，从而形成电荷。

imagesensor中的光敏元件通常由许多光敏单元(photosite)组成，每个光敏单元对应图像的一个像素(pixel)。

光敏单元通过栅极(gate)和源漏极(source/drain)的控制，可以将产生的电荷读出并转化为电压信号。

这个过程通常通过CMOS或CCD技术实现。

CMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor)是一种集成电路技术，它利用PN结的电流放大和MOS管的开关特性来实现信号的读出和处理。

CMOS imagesensor由光敏单元阵列、增益放大器、采样电路、模数转换器等模块组成。

当光照射到光敏单元上时，产生的电荷经过增益放大器放大后，通过采样电路和模数转换器转化为数字信号。

CCD(Charge-Coupled Device)是一种专用的光电转换器件。

它利用电荷在半导体表面的传输来实现信号的读出和处理。

CCDimagesensor由光敏单元阵列、信号传输器、电荷放大器、模数转换器等模块组成。

当光照射到光敏单元上时，产生的电荷通过信号传输器传输到电荷放大器，经过放大后，再通过模数转换器转化为数字信号。

不论是CMOS还是CCD，imagesensor的工作原理都是将光信号转化为电信号。

它们的差异主要在于电荷的读出方式和信号处理电路的不同。

CMOS具有集成度高、功耗低、读出速度快等优势，适用于大规模集成、高速采集的应用场景。

图像sensor的特性和驱动解析并⼝，LVDS，MIPI，GMSL1、并⼝(1)OV9712和AR0130都是并⼝的(2)并⼝的接⼝定义：参考AR0130的原理图pdf(3)并⼝传输的是CMOS电平信号（重点是⾮差分）(4)并⼝sensor属于较低端⽼旧的，新型⾼像素的都是MIPI/LVDS/HISPI等差分信号的2、LVDS(1)low voltage differential signal，低电压差分信号(2)接⼝由1组差分clock和若⼲组差分信号线组成，输出串⾏数据信号(3)LVDS主要⽤于视频传输的2个领域：camera和主控、LCD和主控(4)LVDS利⽤差分抗⼲扰能⼒，提升clock频率从⽽提升带宽，传输距离也更远(5)LVDS的数据线组数越多带宽越⼤、clock频率越⾼带宽越⼤（牺牲抗⼲扰和距离）(6)并⼝和LVDS之间可以互转，但是需要专门的电平转换芯⽚（类似于232和485）3、MIPI（MIPI-CSI2）CSI -- 相机串⾏接⼝ DSI -- 显⽰串⾏接⼝(1)MIPI: mobile industry processor interface，移动⼯业处理器接⼝(2)MIPI接⼝由1组差分clock和1-4组差分信号线组成(3)MIPI和LVDS虽然都是差分对信号，但是不兼容，不能直接对接(4)MIPI的架构层次更分明，⼴泛应⽤在⼿机平板等领域中，可以认为MIPI是LVDS的升级版(5)MIPI的数据线组数越多带宽越⼤、clock频率越⾼带宽越⼤（牺牲抗⼲扰和距离）(6)MIPI和LVDS和并⼝之间均可以互相转换，但是需要专门的电平转换芯⽚4、GMSLGMSL(Gigabit Multimedia Serial Link)，是串⾏器和解串器构成的传输链路。

串⾏器是为了将ISP处理过的并⾏信号传输到远端（域控制器）。

解串器在接收端（域控制器）。

并⾏传送要求同⼀时序输出与接收信号，⽽过分提升时钟频率会导致时序错乱，信号线间⼲扰。

手机中的传感器如今，智能手机在生活中已经是必不可少的了，人人都能使用手机，但我们对手机中的传感器又了解了多少呢？手机传感器是手机上通过芯片来感应的元器件，如温度值、亮度值和压力值等。

随着技术的进步，手机已经不再是一个简单的通信工具，而是具有综合功能的便携式电子设备。

手机的虚拟功能，比如交互、游戏、都是通过处理器强大的计算能力来实现的，但与现实结合的功能，则是通过传感器来实现。

一、光线传感器光线感应器也叫做亮度感应器，英文名称为Light-Sensor，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。

例如在黑暗的环境下，手持设备屏幕背光灯就会自动变暗，否则很刺眼。

原理：光线感应器是由两个组件即投光器及受光器所组成，利用投光器将光线由透镜将之聚焦，经传输而至受光器之透镜，再至接收感应器，接收感应器将收到之光线讯号转变成电信号，此电信讯号更可进一步作各种不同的开关及控制动作，其基本原理即对投光器受光器间之光线做遮蔽之动作所获得的信号加以运用以完成各种自动化控制。

用途：通常用于调节屏幕自动背光的亮度，白天提高屏幕亮度，夜晚降低屏幕亮度，使得屏幕看得更清楚，并且不刺眼。

也可用于拍照时自动白平衡。

还可以配合下面的位移传感器检测手机是否在口袋里防止误触。

二、位移传感器位移传感器又称为线性传感器，是一种属于金属感应的线性器件，传感器的作用是把各种被测物理量转换为电量。

在生产过程中，位移的测量一般分为测量实物尺寸和机械位移两种。

按被测变量变换的形式不同，位移传感器可分为模拟式和数字式两种。

模拟式又可分为物性型和结构型两种。

常用位移传感器以模拟式结构型居多，包括电位器式位移传感器、电感式位移传感器、自整角机、电容式位移传感器、电涡流式位移传感器、霍尔式位移传感器等。

数字式位移传感器的一个重要优点是便于将信号直接送入计算机系统。

手机摄像头sensor基础知识
声对图象质量影响很大。

在相同分辨率下，CMOS价格比CCD便宜，但是CMOS器件产生的图像质量相比CCD来说要低一些。

到目前为止，市面上绝大多数的消费级别以及高端数码相机都使用CCD作为感应器；CMOS感应器则作为低端产品应用于一些摄像头上。

是否具有CCD感应器一度成为人们判断数码相机档次的标准之一。

而由于CMOS的制造成本和功耗都要低于CCD不少，所以很多手机生产厂商采用的都是CMOS镜头。

现在，市面上大多数手机都采用的是CMOS摄像头，少数也采用了CCD摄像头。

关于手机传感器的认识1、加速传感器（重力感应）原理：现代加速传感器有单轴、两轴、三轴之分。

手机上常见的是电容式芯片三轴加速传感器，主要由双芯片构成，即重力测量单元和控制电路单元。

在每个方向上，封装部分内有一小块可移动的电极板和两块不可移动的电极板，当可移动电极板受到加速作用时，会产生惯性力，从而影响与左右两个不可移动电极板的间隔，使得电容值改变，促进电容电压值的变化，以此可以计算出加速度。

功能：加速度有两种，一个是静态的加速度，把加速度传感器倾斜一个角度，重力场会在感应场上产生一个分量，通过这个分量，可以测量出手机倾斜了多少角度，由此实现一些前后左右的控制；另外一种就是所谓的动态加速度，可以侦测速度、撞击等．手机通过加速传感器能够实时的获得手机的移动状态，其最初的用途是用来检测手机是竖放还是横放，从而决定是横屏显示还是竖屏显示。

随着三轴加速器普及，手机能够识别横放竖放，正面横放、背面横放，正面竖放、背面竖放状态，从而可以实现摇晃手机操作，翻转静音功能等；加速传感器另一个重大用处就是利用手机摇晃来玩游戏，戏中得到充分表现，从而代替传统游戏手柄。

2、距离传感器工作原理：距离感应器又叫位移传感器，距离感应器一般都在手机听筒的两侧或者是在手机听筒凹槽中，这样便于它的工作。

通过发射特别短的光脉冲，并测量此光脉冲从发射到被物体反射回来的时间，通过测时间来计算与物体之间的距离。

用各种元件检测对象物的物理变化量，通过将该变化量换算为距离，来测量从传感器到对象物的距离位移的机器。

根据使用元件不同，分为光学式位移传感器、线性接近传感器、超声波位移传感器等。

应用:这个传感器在手机上的应用是当我们打电话时，手机屏幕会自动熄灭，当你脸离开，屏幕灯会自动开启，并且自动解锁。

这个对于待机手机较短的智能手机来说是相当实用的。

现在很多智能手机都装备的这个传感器。

此外，距离感应还可应用到一些特殊的功能，例如Galaxy Note II中的”快速一览”功能。

手机摄像头传感器解析记得当年手机刚有摄像头的时候，可把小编激动坏了，因为在那个时候，对于手机能拍照这个事想都没有想过，直到现在，手机摄像头的像素越来越高，画质也越来越来好，有些甚至还加入了像单反相机一样的光学防抖和光学变焦，那么那颗小小的摄像头都是些什么构造呢？摄像头传感器我们都知道，无论是手机还是相机决定其成像质量最为重要的一部分就属于感光元件了，感光元件主要有两种，一种是 CCD 传感器，一种是 CMOS 传感器。

其中 CCD 成像质量好，但是制造工艺复杂，能够生产的厂家也比较少，价格也相对来说比较高（物以稀为贵嘛），并且功耗也很高，因此，不适合在移动设备上使用。

而 CMOS 传感器耗电低，但是画质水平比不上 CCD，不过随着技术的提高，COMS 的画质已经逐步赶上了 CCD，另外，在相同分辨率下，CMOS 价格比 CCD 便宜，所以目前市面上的手机摄像头都采用 CMOS 传感器。

通常 CMOS 传感器又会分为：背照式 CMOS 传感器和堆栈式 CMOS 传感器。

所谓背照式 CMOS 传感器其实是与传统正照式 CMOS 传感器相对的。

简单来说就是将光电二极管和布线层进行对调（如上图），从而让光线首先进入感光电二极管，从而增大感光量，显著提高低光照条件下的拍摄效果。

像我们所熟知的 iPhone 4/4S、小米 2S、魅族 MX2、索尼 LT26i 都是搭载的这类传感器。

而堆栈式 CMOS 传感器则是背照式 CMOS 传感器的衍生产物，它是目前手机摄像头中应用最广泛的一种，也是最先进的一种，属于索尼的独家技术。

堆栈式 CMOS 传感器使用有信号处理电路的芯片替代了原来背照 CMOS 图像传感器的支持基板，在芯片上重叠形成背照 CMOS 元件的像素部分（上图：① + ② = ③），从而实现了在较小的芯片尺寸上形成大量像素点的工艺。

由于像素部分和电路部分分别独立，因此像素部分可针对高画质优化，电路部分可针对高性能优化。

摄像头-Camerasensor基本知识⼀、Camera ⼯作原理介绍1． 结构 ．⼀般来说，camera 主要是由 lens 和 sensor IC 两部分组成，其中有的 sensor IC 集成 了 DSP，有的没有集成，但也需要外部 DSP 处理。

细分的来讲，camera 设备由下边⼏部 分构成： b$ w6 [# i& q% p* E1） lens（镜头） ⼀般 camera 的镜头结构是有⼏⽚透镜组成，分有塑胶透镜（Plastic)和玻璃透 镜(Glass) ，通常镜头结构有：1P,2P,1G1P,1G3P,2G2P,4G 等。

2） sensor（图像传感器） Senor 是⼀种半导体芯⽚，有两种类型：CCD 和 CMOS。

Sensor 将从 lens 上传导过来的光线转换为电信号， 再通过内部的 AD 转换为数字信号。

由于 Sensor 的每个 pixel 只能感光 R 光或者 B 光或者 G 光， 因此每个像素此时存贮的是单⾊的， 我们称之为 RAW DATA 数据。

要想将每个像素的 RAW DATA 数据还原成三基⾊，就需要 ISP 来处理。

3）ISP（图像信号处理） 主要完成数字图像的处理⼯作，把 sensor 采集到的原始数据转换为显⽰⽀持 的格式。

2 {4 w# {. R- z% Y4）CAMIF（camera 控制器） 芯⽚上的 camera 接⼝电路，对设备进⾏控制，接收 sensor 采集的数据交给 CPU，并送⼊ LCD 进⾏显⽰。

2． ⼯作原理 ． & W* e" B3 D6 O) |4 k外部光线穿过 lens 后， 经过 color filter 滤波后照射到 Sensor ⾯上， Sensor 将从 lens 上传导过来的光线转换为电信号，再通过内部的 AD 转换为数字信号。

如果 Sensor 没有集 成 DSP，则通过 DVP 的⽅式传输到 baseband，此时的数据格式是 RAW DATA。

sensor模组的组成
Sensor模组是由多个不同的元件组成的，这些元件可以协同工作来实现传感器的功能。

以下是Sensor模组的主要组成部分：
1. 传感器芯片：传感器芯片是Sensor模组的核心部分，它可以将物
理量转换为电信号。

传感器芯片的种类很多，包括温度传感器、压力
传感器、湿度传感器、光传感器等等。

2. 处理器：处理器是Sensor模组的大脑，它可以对传感器芯片采集
到的数据进行处理和分析。

处理器的种类也很多，包括单片机、DSP、FPGA等等。

3. 存储器：存储器可以用来存储传感器采集到的数据，以便后续的分
析和处理。

存储器的种类包括SRAM、DRAM、Flash等等。

4. 通信接口：通信接口可以将Sensor模组与其他设备进行连接，以
便将采集到的数据传输到其他设备中。

通信接口的种类包括UART、SPI、I2C等等。

5. 电源管理模块：电源管理模块可以对Sensor模组的电源进行管理，以确保Sensor模组的正常工作。

电源管理模块的种类包括电池管理芯
片、DC-DC转换器等等。

6. 外部元件：除了以上几个主要部分外，Sensor模组还可能包括一些外部元件，例如LED指示灯、按键开关等等。

总的来说，Sensor模组的组成非常复杂，需要多个不同的元件协同工作才能实现传感器的功能。

不同的Sensor模组可能具有不同的组成部分，具体的组成方式取决于传感器的具体应用场景和要求。