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芯片CRA角度与镜头选型的匹配关系(二)

文章出处:admin 人气: 2315 发表时间:2023-02-09 返回列表

CRA(Chief Ray Angel)

Lens CRA 就是最大像高处的主光线与光轴的倾角;

Sensor CRA ,也就是SENSOR 的MICRO LENS 与光电二极管的位置存在一个水平误差,并不在一条直线上(这个偏差角就是sensor的CRA)。做成这样的目的,这样的做的目的也是为了好搭配LENS 。

在相机镜头光学特性参数设定中,由于光线进入各个单像素的角度不一样,因此在每个单像素上表面增加了一个微透镜修正光线角度,使光线垂直进入感光元件表面,这就是芯片CRA的概念,它需要与镜头的CRA保持在一点的偏差范围内。

通常来讲,Sensor的效能与Sensor本身的灵敏度和光线入射的角度有关。而光线入射到Sensorpixel的角度是由Lens的CRA和Sensor的Micro Lens开口布局(Sensor的CRA)共同决定的。

从镜头的传感器一侧,可以聚焦到像素上的光线的最大角度被定义为一个参数,称为主光角(CRA)。对于主光角的一般性定义是:此角度处的像素响应降低为零度角像素响应的80%。

CRA Matching

在光学系统中,sensor上的光学接收效率不仅与CRA有关,还与Sensor的Micro lens开口布局有关。因此在做Lens涉及时,CRA要尽量符合Sensor厂家提供的CRA参考值,提高功能接收效率。

通常Lens CRA要小于sensor的CRA,允许有3°以内的偏差。这是因为:

  • 镜头CRA太过小于Sensor的CRA时,会出现四角偏暗(受光不足),光线无法到达sensor边缘,即Lens Shading;

  • 镜头CRA太过大于Sensor的CRA时,光线会折射到临近的pixel上,导致pixel间出现串扰,即Color shading,且在图像四周表现更明显;

建议优先保证Color Shading, 因为Lens Shading比Color Shading容易调试;


并不是LENS CRA 越小越好,有人认为0度是最佳的,那也是不对的,只能说与SENSOR 的CRA 越接近越好。

镜头CRA和传感器CRA不匹配的影响:

不匹配导致整个图像的颜色不平衡产生串扰,从而导致信噪比(SNR)的降低;因为CCM需要增加数字增益来补偿光电二极管中的信号损失。


像高(Image Height)的最大值是对角线长度

因为镜头是圆的,画面的对角线是最接近镜头成像直径的,所以最大尺寸是对角线尺寸。
CRA与像高的关系(摘自OV某款sensor规格书):

CRA与像高的关系

从上图可以看出镜头的TTL也是决定CRA角度的关键,TTL越低CRA的角度就越大,所以小像素的Image sensor对于相机系统设计时的镜头CRA匹配也至关重要。

通常,出于各种原因,镜头CRA与Image sensor CRA并不完全匹配。 实验上已经观察到,与弯曲的CRA相比,具有平坦顶部(最小翻转)的镜头CRA曲线更能容忍相机模块的装配变化。

如下图显示平顶和弯曲CRA的示例。

1. 当Pixel的尺寸越来越小时,即分辨率越高, 边缘的Pixel越容易受到影响;

2. 当CCM的尺寸越来越小时,即Lens的距离变短,CRA的角度影响变大。

镜头CRA与芯片不匹配可能会产生的影响:

- 不能确保可以准确的捕获光子到硅光电二极管中;

- 会导致信噪比(SNR)的降低 (颜色不平衡产生干扰);

- 图像不清、有雾、反差度低、颜色变淡、景深变小。

CRA相差过大的具体表现

镜头的CRA与Image sensor的CRA相差过大会出现如下图偏色。

镜头的CRA与Image sensor的CRA匹配则图像正常,如下图:


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