Der ultimative Leitfaden zur Anpassung eines Kameramoduls

In der heutigen Welt sind Digitalkameras dank neuer Technologien zu erschwinglichen Preisen weit verbreitet. Ein wichtiger Treiber dieser Entwicklung sind CMOS-Bildsensoren. Die Herstellung von CMOS-Kameramodulen ist im Vergleich zu anderen Sensoren kostengünstiger. Dank neuer Funktionen, die moderne Kameras mit CMOS-Sensoren bieten, ist die Aufnahme gestochen scharfer Bilder ein wichtiger Bestandteil.Der führende KameramodulherstellerModerne Geräte verfügen über integrierte Kameras mit verbesserter Leistung und höherer Bildrate. CMOS-Sensoren ermöglichen das Auslesen der lichtempfindlichen Schaltkreise. Auch die Pixelarchitektur hat sich grundlegend verändert und trägt zu Bildern in exzellenter Qualität bei. CMOS-Bildsensoren wandeln Licht in Elektronen um. Daher werden in modernen Geräten USB-Kameramodule mit ihren fortschrittlichen Funktionen eingesetzt.

Was ist ein Kameramodul?

Ein Kameramodul oder Kompaktkameramodul ist ein hochwertiger Bildsensor, der mit einer elektronischen Steuereinheit, einem Objektiv, einem digitalen Signalprozessor und einer Schnittstelle wie USB oder CSI integriert ist. Kameramodule finden breite Anwendung in verschiedenen Bereichen, darunter:

• Industrieinspektion
• Verkehr & Sicherheit
• Einzelhandel & Finanzen
• Haus & Unterhaltung
• Gesundheit & Ernährung

Mit der Weiterentwicklung von Technologie und Internetinfrastruktur hat sich die Netzwerkgeschwindigkeit deutlich verbessert, parallel zur Einführung neuer Fotogeräte. Kameramodule finden breite Anwendung in Smartphones, Tablets, PCs, Robotern, Drohnen, medizinischen Geräten, elektronischen Geräten und vielen anderen. Der Boom in der Fototechnologie ebnete den Weg für die Einführung von Kameras mit 5, 8, 13, 20, 24 Megapixeln und mehr.

Das Kameramodul enthält unter anderem folgende Komponenten:

• Bildsensor
• Linse
• Digitale Signalverarbeitung
• Infrarotfilter
• Flexible Leiterplatte oder Leiterplatte
• Anschluss

Linse:

Das Objektiv ist das wichtigste Bauteil jeder Kamera und beeinflusst maßgeblich die Qualität des auf den Bildsensor einfallenden Lichts und damit die Qualität des resultierenden Bildes. Die Wahl des richtigen Objektivs für die jeweilige Anwendung ist eine Wissenschaft für sich, genauer gesagt, eine Frage der Optik. Zahlreiche optische Parameter müssen bei der Auswahl des passenden Objektivs berücksichtigt werden, um die Anwendungsanforderungen zu erfüllen. Dazu gehören beispielsweise die Linsenzusammensetzung, das Material (Kunststoff oder Glas), die effektive Brennweite, die Blendenzahl (F-Zahl), der Bildwinkel, die Schärfentiefe, die Verzeichnung, die relative Beleuchtungsstärke und die Modulationsübertragungsfunktion (MTF).

Bildsensor

Ein Bildsensor ist ein Sensor, der Informationen erfasst und weiterleitet, die zur Bilderzeugung verwendet werden. Der Sensor ist der Schlüssel dazu.KameramodulDie Bildqualität hängt von verschiedenen Faktoren ab. Sensoren spielen eine wichtige Rolle, egal ob bei Smartphone- oder Digitalkameras. Aktuell sind CMOS-Sensoren beliebter und deutlich günstiger in der Herstellung als CCD-Sensoren.

Sensortyp – CCD vs. CMOS

CCD-Sensor – Die Vorteile von CCD-Sensoren liegen in ihrer hohen Empfindlichkeit, dem geringen Rauschen und dem hohen Signal-Rausch-Verhältnis. Allerdings ist der Herstellungsprozess komplex, die Kosten und der Stromverbrauch hoch. CMOS-Sensor – Der Vorteil von CMOS-Sensoren besteht in ihrer hohen Integration (durch die Integration eines AADC mit einem Signalprozessor lässt sich die Größe deutlich reduzieren), dem geringen Stromverbrauch und den niedrigen Kosten. Allerdings weisen sie ein relativ hohes Rauschen, eine geringe Empfindlichkeit und hohe Anforderungen an die Lichtquelle auf.

DSP:

Die Parameter des digitalen Bildsignals werden mithilfe einer Reihe komplexer mathematischer Algorithmen optimiert. Am wichtigsten ist, dass die Signale entweder an den Speicher oder an die Anzeigekomponenten übertragen werden.

DSP-Strukturrahmenwerk umfasst

• Internetanbieter
• JPEG-Encoder
• USB-Gerätecontroller

Der Unterschied zwischen einem USB-Kameramodul und einem Sensor-Kameramodul/CMOS-Kameramodul: USB 2.0-Kameramodul:

Das USB-2.0-Kameramodul integriert Kameraeinheit und Videoaufnahmeeinheit und wird über die USB-Schnittstelle mit dem Hostsystem verbunden. Moderne Digitalkameramodule auf dem Kameramarkt basieren im Wesentlichen auf der neuen Datenübertragungsschnittstelle USB 2.0. Computer und andere mobile Geräte lassen sich einfach per Plug-and-Play direkt über USB anschließen. Diese UVC-konformen USB-2.0-Kameramodule sind mit Windows (DirectShow) und Linux (V4L2) kompatibel und benötigen keine Treiber.

• USB-Videoklasse (UVC)-Standard
• Die maximale Übertragungsbandbreite von USB 2.0 beträgt 480 Mbit/s (d. h. 60 MB/s).
• Einfach und kostengünstig
• Plug-and-Play
• Hohe Kompatibilität und Stabilität
• Höherer Dynamikbereich

Nach der Verarbeitung durch die Software auf dem Standardbetriebssystem, das mit UVC-Standards kompatibel ist, wird das digitale Signal an das Anzeigegerät ausgegeben.

USB 3.0 Kameramodul:

Im Vergleich zu USB-2.0-Kameramodulen ermöglicht die USB-3.0-Kamera eine höhere Übertragungsgeschwindigkeit und ist vollständig kompatibel mit der USB-2.0-Schnittstelle.

• Die maximale Übertragungsbandbreite von USB 3.0 beträgt bis zu 5,0 Gbit/s (640 MB/s).
• 9-Pin-Definition im Vergleich zu USB 2.0 mit 4 Pins
• Vollständig kompatibel mit USB 2.0
• SuperSpeed-Konnektivität

CMOS-Kameramodul (CCM)

Das CCM (Complementary Metal Oxide Semiconductor Camera Module) ist ein Kameramodul mit komplementärer Metalloxid-Halbleiter-Technologie, dessen Kernbauteil für verschiedene Anwendungen, beispielsweise in tragbaren Kameras, geeignet ist. Im Vergleich zu herkömmlichen Kamerasystemen bietet das CCM zahlreiche Vorteile, darunter:

• Miniaturisierung
• Geringer Stromverbrauch
• Hohe Bildqualität
• Niedrige Kosten

Funktionsprinzip des USB-Kameramoduls

Das durch die Linse (LENS) erzeugte optische Bild wird auf die Oberfläche des Bildsensors (SENSOR) projiziert und anschließend in ein elektrisches Signal umgewandelt. Dieses wird nach der A/D-Wandlung (Analog/Digital-Wandlung) in ein digitales Bildsignal umgewandelt. Anschließend wird es zur Verarbeitung an den digitalen Prozessor (DSP) gesendet und über die I/O-Schnittstelle zur weiteren Verarbeitung an den Computer übertragen. Das Bild kann dann auf dem Display (DISPLAY) angezeigt werden.

Wie testet man USB-Kameras und CCMs (CMOS-Kameramodule)? USB-Kamera: (z. B. mit der Amcap-Software)

Schritt 1: Verbinden Sie die Kamera mit einer USB-Kamera.

Schritt 2: Verbinden Sie das USB-Kabel über einen OTG-Adapter mit dem PC oder Mobiltelefon.

Amcap:

Öffnen Sie AMCap undWählen Sie Ihr Kameramodul aus:

Wählen Sie die Auflösung unter Option >> Videoaufnahme-Pin

Passen Sie die Kameraeinstellungen wie Helligkeit, Kontrast und Weißabgleich unter Optionen >> Videoaufnahmefilter an.

Amcap ermöglicht es Ihnen, Bilder und Videos aufzunehmen.

CCM:

CCM ist komplizierter, da die Schnittstelle MIPI oder DVP ist und der DSP vom Modul getrennt ist. In der Produktion ist es üblich, zum Testen eine Dothinkey-Adapterplatine und eine Tochterplatine zu verwenden:

Dothinkey-Adapterplatine:

Verbinde das Kameramodul mit der Tochterplatine (Bild 2).

Öffnen Sie die Testsoftware.

Einblick in den kundenspezifischen Prozess des Kameramoduls

Da Hunderttausende von Kameramodulanwendungen verfügbar sind, können die standardmäßigen OEM-Kameramodule nicht alle spezifischen Anforderungen erfüllen. Daher ist die Anpassung notwendig und beliebt. Die Hardware- und Firmware-Modifikation umfasst unter anderem Modulabmessungen, Objektivblickwinkel, Autofokus-/Fixfokustyp und Objektivfilter, um Innovationen zu ermöglichen.

Einmalige Entwicklungskosten decken Forschung, Entwicklung und Design für die Herstellung eines neuen Produkts vollständig ab; dies umfasst auch die Vorlaufkosten. Die Entwicklungskosten sind vor allem einmalige Kosten, die mit der Entwicklung und Herstellung eines neuen Designs oder einer neuen Anlage verbunden sein können. Dies gilt auch für neue Prozesse. Stimmt der Kunde den Entwicklungskosten zu, sendet der Lieferant nach Zahlungseingang die Zeichnung zur Bestätigung.

Kundenspezifischer Anforderungsablauf

1. Sie können Zeichnungen oder Muster zur Verfügung stellen sowie Dokumentationen anfordern, die von unseren Ingenieuren erstellt werden.
2. Kommunikation
3. Wir werden uns ausführlich mit Ihnen austauschen, um Ihre Produktwünsche zu ermitteln und versuchen, das für Sie am besten geeignete Produkt entsprechend Ihren Bedürfnissen auszuwählen.
4. Probenentwicklung
5. Legen Sie die Details des Entwicklungsmusters und den Liefertermin fest. Kommunizieren Sie jederzeit, um einen reibungslosen Ablauf zu gewährleisten.
6. Probenprüfung
7. Testen und Altern Ihrer Anwendung, Feedback zu den Testergebnissen, keine Änderung erforderlich, Massenproduktion.

Fragen, die Sie sich vor der Anpassung eines Kameramoduls stellen sollten: Welche Anforderungen gibt es?

Das USB-KameramodulDie Kamera muss folgende Anforderungen erfüllen. Sie stellt die wichtigsten Komponenten dar, die für klare Bilder und eine einwandfreie Funktion sorgen. Die Komponenten sind durch die Verbindung über integrierte CMOS- und CCD-Schaltkreise präzise spezifiziert. Sie muss den Benutzeranforderungen entsprechen und eine benutzerfreundliche Kameraoption bieten. Sie lässt sich mit zahlreichen Geräten verbinden und bietet so eine optimale Lösung für Kameras mit USB-Anschluss.

• Linse
• Sensor
• DSP
• Leiterplatte

Welche Auflösung wünschen Sie sich von einer USB-Kamera?

Die Auflösung ist ein Parameter zur Messung der Datenmenge in einem Bitmap-Bild und wird üblicherweise in dpi (Dots per Inch) angegeben. Vereinfacht gesagt, beschreibt die Auflösung einer Kamera ihre Fähigkeit, ein Bild zu analysieren, also die Anzahl der Pixel ihres Bildsensors. Die höchste Auflösung entspricht der maximalen Pixelanzahl, mit der die Kamera Bilder auflösen kann. Die aktuelle Auflösung eines 30-Watt-CMOS-Sensors beträgt 640 × 480 Pixel, die eines 50-Watt-CMOS-Sensors 800 × 600 Pixel. Die beiden Zahlen geben die Anzahl der Punkte in Länge und Breite eines Bildes an. Das Seitenverhältnis eines digitalen Bildes ist üblicherweise 4:3.

In der Praxis gilt: Wird die Kamera für Webchats oder Videokonferenzen genutzt, steigt mit der benötigten Netzwerkbandbreite eine höhere Auflösung. Verbraucher sollten dies daher berücksichtigen und die für ihre Produkte und Bedürfnisse passende Pixelanzahl wählen.

Der Sichtfeldwinkel (FOV)?

Der Sichtwinkel (FOV) bezeichnet den Bereich, den das Objektiv abdecken kann. (Das Objekt wird nicht mehr vom Objektiv erfasst, wenn der Winkel diesen Wert überschreitet.) Ein Kameraobjektiv kann einen weiten Bildausschnitt erfassen, der üblicherweise durch einen Winkel angegeben wird. Dieser Winkel wird als Sichtfeld (FOV) des Objektivs bezeichnet. Der Bereich, der vom Objekt durch das Objektiv auf der Brennebene erfasst wird und ein sichtbares Bild erzeugt, ist das Sichtfeld des Objektivs. Das Sichtfeld sollte je nach Anwendungsumgebung gewählt werden: Je größer der Sichtwinkel, desto größer das Sichtfeld und umgekehrt.

Kameraabmessungen für Ihre Anwendung

Die wichtigsten Parameter, die beim Kameramodul berechnet wurden, sind die Abmessungen, die je nach Anforderung am stärksten variieren.

Abhängig von Größe und optischem Format. Es verfügt über ein Sichtfeld und eine Brennweite zur Bestimmung der Objektgröße. Die Rückbrennweite wird berücksichtigt, und es wird ein optimales Objektiv für das jeweilige Format verwendet. Die optische Größe des Objektivs muss zur Anwendung passen und orientiert sich an gängigen Standards. Der Durchmesser variiert je nach Sensorgröße und verwendet Objektivdeckel. Er hängt von der Art der Vignettierung bzw. den dunklen Bildecken ab.

Bei Hunderttausenden von Kameramodulanwendungen stellen die Modulabmessungen den am stärksten variierenden Faktor dar. Unsere Ingenieure sind in der Lage, die exakten Abmessungen zu entwickeln, die für Ihr spezifisches Projekt optimal geeignet sind.

Die EAU der Produkte

Der Preis des Produkts hängt von den Spezifikationen ab. Die USB-Kamera mit kleinem EAU-Anschluss ist nicht als Sonderanfertigung gedacht. Angesichts der stetig wachsenden Nachfrage und der individuellen Anpassungswünsche bezüglich Objektiv, Größe und Sensor ist ein maßgeschneidertes Kameramodul die beste Option.

Die Wahl des richtigen Kameramoduls

Im Allgemeinen werden sich die meisten Kunden auf Folgendes konzentrieren:das rechte KameramodulMan kann nie genau wissen, welches Objektiv man in diesem Fall benötigt. Zahlreiche theoretische Ansätze wurden entwickelt, um Anwendern bei der Auswahl des perfekten Objektivs und des optimalen Kameramoduls zu helfen. Die Wahl des Objektivs hängt vollständig vom jeweiligen Anwendungsprozess ab. Aufgrund unterschiedlicher Sensor- und DSP-Lösungen sowie verschiedener Objektive unterscheiden sich auch die Abbildungseigenschaften der Kameramodule erheblich. Manche Kameras eignen sich für verschiedene Anwendungen, andere erzielen optimale Ergebnisse nur in bestimmten Bereichen. Einige High-End-Kameras ermöglichen Aufnahmen bei schwachem Licht, sind aber relativ teuer.

Effektive Auswirkungen:

Falls Sie das Kameramodul oder die Kamera in Ihrem Büro oder einem kleinen Schlafzimmer installiert haben, reicht eine Brennweite von 2,8 mm aus. Für die Installation im Garten benötigen Sie hingegen eine Brennweite von 4 mm bis 6 mm. Mit zunehmender Raumgröße erhöht sich die Brennweite. In Fabriken oder auf der Straße, wo die Platzverhältnisse deutlich besser sind, benötigen Sie eine Brennweite von 8 mm oder 12 mm.

Bei der Auswahl eines Kameramoduls für NIR-Licht wird dessen spektrale Empfindlichkeit maßgeblich durch das Linsen- oder Sensormaterial bestimmt. Die Sensoren basieren vollständig auf Silizium und reagieren äußerst effektiv auf NIR-Licht. Im Vergleich zu sichtbarem Licht (850 nm) ist die Empfindlichkeit bei 940 nm deutlich geringer. Dennoch lassen sich damit sehr gute Bilder aufnehmen. Entscheidend ist, dass die Kamera ausreichend Licht für die Detektion erzeugt. Der optimale Auslösezeitpunkt der Kamera ist schwer vorherzusagen und variiert stark. Daher wird das Signal in einer bestimmten Stärke ausgesendet, um das passende Kameramodul auszuwählen.

Abschluss

Aus der obigen Erläuterung geht hervor, dass das USB-Kameramodul über umfassende Funktionen verfügt und mit einem automatischen Zoommodul ausgestattet ist. Das Modul mit festem Fokus besteht aus einer Linse, einem Spiegelsockel, einem lichtempfindlichen integrierten Schaltkreis usw. Anwender müssen die Unterschiede zwischen USB- und MIPI-Kameramodulen kennen.

A kundenspezifisches Kameramodulist besser für die Entwicklung neuer Anwendungen geeignet, da das kundenspezifische Kameramodul auf Basis der jeweiligen Anforderungen gefertigt werden kann. Aus den Entwicklungstrends der Kameras lässt sich Folgendes ableiten: Erstens werden Kameras mit höherer Pixelanzahl (13 Millionen, 16 Millionen), hochwertigen Bildsensoren (CMOS) und hoher Übertragungsgeschwindigkeit (USB 2.0, USB 3.0 und andere schnelle Schnittstellen) zukünftig Standard sein. Zweitens werden Anpassung und Spezialisierung (z. B. ausschließlich als professionelles Videoeingabegerät) sowie Multifunktionalität (mit zusätzlichen Funktionen wie integriertem USB-Stick, im Trend zu Digitalkameras; zukünftig ist auch eine Scannerfunktion denkbar) immer wichtiger. Drittens ist die Benutzerfreundlichkeit entscheidend; benutzerfreundlichere, einfacher zu bedienende und praxisorientiertere Anwendungen entsprechen den Bedürfnissen der Kunden.