導入現代社会では、デジタルカメラは最新技術の導入により、低価格帯で非常に普及しています。こうした新技術導入の重要な推進力の一つが、CMOSイメージセンサーです。CMOSカメラモジュールは、他のセンサーに比べて製造コストが低く抑えられています。CMOSセンサーを搭載した最新カメラに搭載された新機能により、非常に鮮明な写真を撮影することが可能になりました。トップカメラモジュールメーカー高性能で高速な画像キャプチャを実現する組み込みカメラが搭載されるようになりました。CMOSセンサーは、感光機能を備えた回路の読み出しを保証します。現代のピクセルアーキテクチャも大きく進化し、優れた画質で画像をキャプチャできるようになりました。CMOSイメージセンサーは光を電子に変換するため、最新のデバイスでは、高性能なUSBカメラモジュールが導入されています。
カメラモジュールとは何ですか？
カメラモジュールまたはコンパクトカメラモジュールは、電子制御ユニット、レンズ、デジタル信号プロセッサ、およびUSBやCSIなどのインターフェースを統合したハイエンドイメージセンサーです。カメラモジュールは、以下のようなさまざまな用途で広く使用されています。
- 工業検査
- 交通・セキュリティ
- 小売業と金融業
- ホーム＆エンターテイメント
- 健康と栄養
技術とインターネット設備の発展に伴い、ネットワーク速度は大幅に向上し、新しい写真画像処理機器の導入と相まって、カメラモジュールはスマートフォン、タブレット、PC、ロボット、ドローン、医療機器、電子機器など、幅広い分野で活用されています。写真画像処理技術の急速な発展は、5メガピクセル、8メガピクセル、13メガピクセル、20メガピクセル、24メガピクセルといった高画素カメラの登場を可能にしました。
カメラモジュールには、次のようなコンポーネントが含まれています。
- イメージセンサー
- レンズ
- デジタル信号処理
- 赤外線フィルター
- フレキシブルプリント回路またはプリント回路基板
- コネクタ
レンズ：
カメラの最も重要な部分はレンズであり、イメージセンサーに入射する光の質に重要な役割を果たし、ひいては出力画像の品質を決定します。用途に合ったレンズを選ぶことは科学であり、正確には光学の知識が求められます。用途の要件を満たすレンズを選ぶ際には、レンズの構成、プラスチック製かガラス製かといった構造、有効焦点距離、F値、視野角、被写界深度、TV歪み、相対照度、MTFなど、光学的な観点から考慮すべき多くのパラメータがあり、これらがレンズの選択に影響を与えます。
イメージセンサー
イメージセンサーは、画像を生成するために使用される情報を検出して伝達するセンサーです。センサーは、カメラモジュール画像の品質を決定する上で、センサーは重要な役割を果たします。スマートフォンカメラであれデジタルカメラであれ、センサーは重要な役割を担います。現在、CMOSセンサーはCCDセンサーよりも普及しており、製造コストもはるかに安価です。
センサーの種類 - CCD vs CMOS
CCDセンサー – CCDの利点は、高感度、低ノイズ、高信号対雑音比です。しかし、製造プロセスが複雑で、コストと消費電力が高いです。CMOSセンサー – CMOSの利点は、高集積度（AADCと信号プロセッサを統合することで、大幅に小型化できます）、低消費電力、低コストです。しかし、ノイズが比較的大きく、感度が低く、光源に対する要求が高いです。
DSP:
デジタル画像信号のパラメータは、一連の複雑な数学的アルゴリズムを用いて最適化されます。最も重要なのは、信号がストレージに送信されるか、またはディスプレイコンポーネントに送信されることです。
DSP構造フレームワークには以下が含まれる
- ISP
- JPEGエンコーダー
- USBデバイスコントローラー
USBカメラモジュールとセンサーカメラモジュール/CMOSカメラモジュールの違い USB 2.0カメラモジュール:
USB 2.0カメラモジュールは、カメラユニットとビデオキャプチャユニットを直接統合し、USBインターフェースを介してホストシステムに接続します。現在、カメラ市場に出回っているデジタルカメラモジュールは、基本的に新しいデータ伝送方式であるUSB2.0インターフェースに基づいています。コンピュータやその他のモバイルデバイスは、USBインターフェースを介して直接接続でき、プラグアンドプレイで簡単に使用できます。これらのUVC準拠USB2.0カメラモジュールは、Windows（DirectShow）およびLinux（V4L2）ソフトウェアと互換性があり、ドライバは不要です。
- USBビデオクラス（UVC）規格
- USB2.0の最大伝送帯域幅は480Mbps（つまり60MB/秒）です。
- シンプルで費用対効果が高い
- プラグアンドプレイ
- 高い互換性と安定性
- より広いダイナミックレンジ
UVC規格に対応した標準オペレーティングシステム上のソフトウェアで処理された後、デジタル信号はディスプレイに出力されます。
USB 3.0カメラモジュール：
USB 2.0カメラモジュールと比較して、USB 3.0カメラはより高速なデータ伝送が可能であり、USB 3.0はUSB 2.0インターフェースと完全に互換性があります。
- USB3.0の最大伝送帯域幅は最大5.0Gbps（640MB/秒）です。
- 9ピンの定義（USB2.0の4ピンと比較）
- USB 2.0と完全互換
- 超高速接続
CMOSカメラモジュール（CCM）
CCM（Coms Camera Module）は、相補型金属酸化膜半導体カメラモジュールとも呼ばれ、そのコアデバイスはポータブルカメラ機器などさまざまな用途に利用できます。従来のカメラシステムと比較すると、CCMには以下のような多くの機能があります。
- 小型化
- 低消費電力
- 高画質
- 低コスト
USBカメラモジュールの動作原理
レンズ（LENS）を通してシーンから生成された光学像は、イメージセンサー（SENSOR）の表面に投影され、電気信号に変換されます。この電気信号は、A/D（アナログ/デジタル）変換を経てデジタル画像信号に変換されます。デジタル処理チップ（DSP）に送られ処理された後、I/Oインターフェースを介してコンピュータに送信され、処理されます。そして、ディスプレイ（DISPLAY）を通して画像が表示されます。
USBカメラとCCM（CMOSカメラモジュール）のテスト方法：USBカメラ：（例：Amcapソフトウェア）
ステップ1：カメラをUSBカメラに接続します。
ステップ2：OTGアダプターを介してUSBケーブルをPCまたは携帯電話に接続します。
アムキャップ：
AMCapを開いてカメラモジュールを選択してください:
オプション>>ビデオキャプチャピンで解像度を選択してください
オプション>>ビデオキャプチャフィルターで、明るさ、コントラスト、ホワイトバランスなどのカメラ機能を調整します。
Amcapを使用すると、画像と動画をキャプチャできます。
CCM:
CCMは、インターフェースがMIPIまたはDVPであり、DSPがモジュールから分離されているため、より複雑です。生産現場では、Dothinkeyアダプタボードとドーターボードを使用してテストするのが一般的です。
Dothinkeyアダプターボード：
カメラモジュールをドーターボードに接続します（図2）。
テストソフトウェアを開く
カメラモジュールのカスタマイズプロセスに関する考察
何十万ものカメラモジュールアプリケーションが存在する中で、標準的なOEMカメラモジュールではそれぞれの特定の要件を満たすことができないため、カスタマイズプロセスが必要かつ普及しており、モジュールの寸法、レンズの視野角、オートフォーカス/固定フォーカスタイプ、レンズフィルターなどを含むハードウェアとファームウェアの変更によってイノベーションを促進しています。
非反復エンジニアリング費用（NRE）は、新製品の製造に関する調査、開発、設計を包括的にカバーし、初期費用も含まれます。最も重要なのは、NREは新設計、新製品の製造、または設備に関連する一回限りの費用であるということです。これには、新しいプロセスに関する費用も含まれます。顧客がNREに同意した場合、サプライヤーは支払い後に確認のために図面を送付します。
カスタマイズされた要件フロー
- 図面やサンプルをご提供いただくことも、弊社の技術スタッフが作成する資料をご依頼いただくことも可能です。
- コミュニケーション
- お客様と詳細にコミュニケーションを取り、必要な製品を特定し、お客様のニーズに合わせて最適な製品をご提案いたします。
- サンプル開発
- 開発サンプルの詳細と納期を決定します。円滑な進捗を確保するため、随時連絡を取り合います。
- サンプルテスト
- アプリケーションのテストと経年変化、フィードバックテスト結果、修正不要、量産。
カメラモジュールをカスタマイズする前に確認すべき質問：要件は何ですか？
USBカメラモジュール以下の要件を満たす必要があります。これらは、写真の鮮明度と良好な動作原理を実現する最も重要な構成要素です。これらの構成要素は、CMOSおよびCCD集積回路を介して接続され、仕様が明確に定められています。ユーザーの要求に応じて動作し、ユーザーフレンドリーなカメラオプションとして機能する必要があります。USB接続のカメラ要件を満たす完璧なソリューションを提供する多くの機器と接続できます。
- レンズ
- センサー
- DSP
- PCB
USBカメラに求める解像度はどのくらいですか？
解像度は、ビットマップ画像内のデータ量を測定するために使用されるパラメータで、通常は dpi (ドット/インチ) で表されます。簡単に言うと、カメラの解像度とは、カメラが画像を解析する能力、つまりカメラのイメージセンサーのピクセル数を指します。最高解像度とは、カメラが画像を解像できる最大サイズ、つまりカメラ内のピクセル数の最大数です。現在の 30W ピクセル CMOS の解像度は 640×480、50W ピクセル CMOS の解像度は 800×600 です。解像度の 2 つの数値は、画像の縦と横の点の数の単位を表します。デジタル画像の縦横比は通常 4:3 です。
実際の用途では、カメラをウェブチャットやビデオ会議に使用する場合、解像度が高いほど必要なネットワーク帯域幅も大きくなります。したがって、消費者はこの点に注意し、ニーズに応じて製品に適した画素数を選択する必要があります。
視野角（FOV）とは？
FOV角度とは、レンズがカバーできる範囲を指します。（この角度を超えると、被写体はレンズでカバーされません。）カメラレンズは、通常角度で表される広範囲のシーンをカバーできます。この角度はレンズのFOVと呼ばれます。焦点面上のレンズを通して被写体がカバーする領域が、レンズの視野です。FOVは、アプリケーション環境に応じて決定する必要があります。レンズの角度が大きいほど視野は広くなり、その逆もまた然りです。
用途に応じたカメラの寸法
カメラモジュールで計算された主要なパラメータは寸法であり、これはさまざまな要件に応じて最も大きく変化します。
サイズと光学フォーマットによって異なります。視野と焦点距離があり、物体の寸法計算でアクセスできます。バック焦点距離が関係し、フォーマットに最適なレンズが含まれています。レンズの光学サイズはアプリケーションに適合し、従来のものに依存します。直径は、より大きなセンサーに応じて変化し、レンズカバーで実装されます。画像の隅の周辺減光または暗さの形状に依存します。
何十万ものカメラモジュール用途が存在する中で、モジュールの寸法は最も変動が大きい要素です。当社のエンジニアは、お客様の特定のプロジェクトに最適な寸法を正確に設計する能力を備えています。
製品のEAU
製品の価格は仕様によって異なります。小型EAU搭載のUSBカメラは、カスタマイズ品としてはお勧めできません。レンズ、サイズ、センサーなど、常に変化するニーズとパーソナライズ要件に対応するには、カスタマイズされたカメラモジュールが最適です。
適切なカメラモジュールの選択
一般的に、ほとんどの顧客は右カメラモジュールここでは、どのようなレンズを使用すべきかを知ることは決してできません。ここでは、人々が最適なレンズを選択し、最適なカメラモジュールを選択できるようにするために、膨大な数の理論が使用されています。選択するレンズは、使用するプロセスに完全に依存します。センサーとDSPのソリューションが異なるため、レンズも異なり、カメラモジュールのイメージング効果も大きく異なります。一部のカメラはさまざまなアプリケーションで使用できますが、最高のイメージング結果を得るためには、特定のアプリケーションでのみ使用できるものもあります。一部のスターレベルのカメラは、低照度環境で画像をキャプチャできますが、比較的高価です。
効果的な影響：
オフィスや小さな寝室にカメラモジュールやカメラを設置する場合は、焦点距離2.8mmで十分です。裏庭に設置する場合は、焦点距離4mm～6mmが必要になります。スペースが広いため、焦点距離も長くなります。工場や道路など、スペースが非常に広い場所では、焦点距離8mmまたは12mmが必要になります。
近赤外線用のカメラモジュールを選択する場合、カメラモジュールのスペクトル応答は主にレンズ材料またはセンサー材料によって決まります。センサーは完全にシリコンベースであり、近赤外線に対して非常に優れた応答を示します。可視光または850nmと比較すると、940nmの感度ははるかに小さくなります。それでも、非常に効果的に画像を取得できます。このプロセスで最も重要な概念は、検出の目的でカメラに十分な光を生成することです。カメラがいつトリガーされるかを完全に知ることは決してできず、最適なタイミングを捉えるには、非常に異なる必要があります。そのため、信号が特定の範囲で送信され、適切なカメラモジュールを選択できます。
結論
上記の説明から、USBカメラモジュールは全体的な機能を備え、自動ズームモジュールと組み合わされています。USBカメラモジュールの固定焦点部分は、レンズ、ミラーベース、感光性集積回路などで構成されています。ユーザーは、USBカメラモジュールとMIPIカメラモジュールの違いを理解する必要があります。
A カスタムカメラモジュール新しいアプリケーションの開発により適しています。カスタマイズされたカメラモジュールは、指定された要件に基づいて構築できるためです。カメラの開発トレンドから、次のことがわかります。第一に、より高いピクセル数（1300万、1600万）、高品質のイメージセンサー（CMOS）、高速伝送速度（USB2.0、USB3.0、その他の高速インターフェース）のカメラが将来のトレンドになります。第二に、カスタマイズと専門化（プロフェッショナルなビデオ入力デバイスとしてのみ使用）、多機能（付属のフラッシュドライブなどの他の機能を備え、デジタルカメラへのトレンドであり、将来的にカメラがスキャナ機能を持つことも可能）などです。第三に、ユーザーエクスペリエンスが重要であり、よりユーザーフレンドリーで、使いやすく、より実用的なアプリケーション機能が顧客の真のニーズです。
投稿日時：2022年11月20日
