What is CRA?

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什麼是CRA?


衆所周知,sensor的效能與sensor本身的靈敏度與光線入射到sensor的角度有關。而光線入射到sensor pixel的角度是由LensCRAsensorMicro Lens開口布局(sensorCRA)決定的。

CRAChief Ray Angle的縮寫,意思是主光角。從鏡頭的傳感器一側,可以聚焦到像素上的光線的最大角度被定義爲一個參數,稱爲主光角(CRA)。對於主光角的一般性定義是:此角度處的像素響應降低爲零度角像素響應(此時,此像素是垂直於光線的)80%

我們在挑選Lens的時候會有一個CRA的參數,在選擇sensor的時候同樣有一個CRA的參數,一般我們要求LensCRA曲線與senosrCRA曲線完全匹配,如果實在不能匹配,我們也要求在同樣的像高位置,CRA相差不能超過3度,而且最好是LensCRAsensorCRA小。否則將會導致成像照度或色彩問題

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拍攝鏡頭和傳感器之間的接口是整個可拍照手機系統中最重要的接口之一。隨着鏡頭的長度變得越來越短,光線到達傳感器像素位置的角度也就會變得越來越大。每個像素上都有一個微鏡頭。微鏡頭的主要功能就是將來自不同角度的光線聚焦在此像素上。然而,隨着像素位置的角度越來越大,某些光線將無法聚焦在像素上,從而導致光線損失和像素響應降低。

光線進入每一個像數的角度將依賴於該像素所處的位置,鏡頭軸心線附近的光線將以接近零角度進入像素中隨着它與軸心線的距離曾大,角度也變大.CRA與像素在傳感器中的位置是相關的 。

光線進入每個像素的角度將依賴於該像素所處的位置。鏡頭軸心線附近的光線將以接近零度的角度進入像素中。隨着它與軸心線的距離增大,角度也將隨之增大。CRA與像素在傳感器中的位置是相關的,它們之間的關係與鏡頭的設計有關。很緊湊的鏡頭都具有很複雜的CRA模式。如果鏡頭的CRA與傳感器的微鏡頭設計不匹配,將會出現不理想的透過傳感器的光線強度(也就是“陰影”)。通過改變微鏡頭設計,並對拍攝到的圖像進行適當處理,就可以大大降低這種現象。改變微鏡頭設計可以大大降低陰影現象。然而,在改變微鏡頭設計時,必須與鏡頭設計者密切配合,以便爲各種拍攝鏡頭找到適合的CRA模式。相機的設計工程師應該確保這種技術合作得以實現,並確保傳感器與鏡頭CRA特性可以很好地匹配。爲確保成功實現此目標,美光開發了相關的仿真工具和評價工具。由於光線是沿着不同的角度入射到傳感器上的,因此對於各種鏡頭設計而言,陰影現象都是固有的。 “cos4定律”說明,減少的光線與增大角度餘弦值的四次方是成比例關係的。另外,在某些鏡頭設計中,鏡頭可能本身就會阻擋一部分光線(稱爲“暈光”),這也會引起陰影現象。所以,即使微鏡頭設計可以最小化短鏡頭的陰影現象,此種現象還是會多多少少地存在。因此後端ISP一般都會有LSC功能。


什麼是Sensor的CRA?


Sensor有一個 CRA值,也就是SensorMicro Lens與光電二極管的位置存在一個水平誤差,並不在一條直線上,做成這樣有一定的目的,按通常的做法,因爲SensorMicro Lens與光電二極管之間存在一定的距離,這樣的做的目的也是爲了好搭配Lens。因爲CAR0度的Lens還是不好找的。。。。

普通的FSIsensor都有一個類似光子井的結構用來收集光子:


CRA增加的時候,光線會被金屬電路層阻擋掉一部分,導致sensor接受光的效能降低。

那麼:1 pixel越大,這種影響會越小:


對於BSIsensor,這種影響也會更小:


因此對於FSIsensor來說,通常會通過移動sensor表面的Micro Lens來收集更多的光線:


怎樣選擇SensorCRA


廣角鏡頭:這時一般LensCRA比較大,需要選擇CRA大於25度的Sensor或者BSISensor;一般用於手機、安防、玩具、網絡攝像頭等;

超長焦鏡頭:這時一般LensCRA比較小,需要選擇CRA0度的Sensor;一般用於安防、機器視覺等;

變焦鏡頭:這時LensCRA是變化的,一般需要根據實際應用選擇,最好採用大pixelBSISensor;一般用於安防等;


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