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全局快門圖像傳感技術(shù)滿足動態(tài)視覺市場不斷演變的需求

本文作者：安森美點擊： 2018-06-21 13:51

前言：

當(dāng)前應(yīng)用版本的不斷演變和大量令人興奮的新興應(yīng)用正在創(chuàng)造對高性能圖像傳感器的巨大需求。能夠很好地說明這一點的是，到2020年圖像傳感設(shè)備復(fù)合年增長率預(yù)計接近8％。鑒于包括各類小型、便攜或“移動”產(chǎn)品的增長趨勢，對于從非常差到極亮的光線條件范圍下，能夠捕獲動態(tài)場景中的清晰圖像的傳感器的需求也在日益增加。

鑒于它們的操作性質(zhì)，基于卷簾快門的傳統(tǒng)設(shè)計可能難以達到所需的圖像質(zhì)量。與此同時，全局快門設(shè)計則能夠捕捉高質(zhì)量圖像，而無任何拖尾、彎曲或偽影。

安森美半導(dǎo)體的AR0144等最新的器件也包含增加更多圖像傳感應(yīng)用的實用性和多功能性的功能和特性。在一些激動人心的終端產(chǎn)品的驅(qū)動下，全局快門圖像傳感器市場正在迅速崛起。設(shè)計人員需要高性能，對傳感器有嚴(yán)格的工作參數(shù)，從而為其提供可在所有光照條件下，以及在靜態(tài)和移動環(huán)境中都能工作的小而高功能方案。

隨著物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等技術(shù)的進步，我們的世界變得更加智能且日益互聯(lián)。機器也需要更多地了解周圍環(huán)境。因此，有數(shù)十億互聯(lián)的傳感器報告溫度、濕度、光線以及其他各種參數(shù)，讓智能設(shè)備能夠代表我們做出決定并控制事物。

雖然進步迅速而顯著，但傳統(tǒng)的傳感通常只能以嚴(yán)格定義的方式測量一個參數(shù)。當(dāng)我們轉(zhuǎn)向下一代技術(shù)革命時，圖像傳感器即將脫穎而出，為我們的世界提供更為復(fù)雜的傳感和記錄。

圖像傳感市場已經(jīng)非常龐大，預(yù)計還將迅速增長。領(lǐng)先的研究公司Mordor Intelligence (www.mordorintelligence.com) 預(yù)計，2018年全球圖像傳感器市場將達到126.7億美元，并將從2014到2020年平均每年增長7.69％。

隨著技術(shù)的演進和完善，用于圖像傳感器的新應(yīng)用也在不斷增加；即使在傳統(tǒng)市場也看到了需求。條形碼無處不在，但是對于消費或商業(yè)應(yīng)用中的圖像傳感器來說，要在低于理想光照條件下更加快速地做到高度精準(zhǔn)地讀取條形碼并非易事。無人機、增強現(xiàn)實和虛擬現(xiàn)實（AR / VR）等全新應(yīng)用都依賴圖像數(shù)據(jù)來避免沖撞，采集手勢輸入信息或精確的3D地圖場景，以提升用戶體驗。

高端和專業(yè)安防攝像機技術(shù)正變得越來越復(fù)雜，并將顯著地受益于最新圖像傳感器帶來的視覺技術(shù)提升。安防攝像頭不僅能夠在微光照條件下工作，新應(yīng)用也在不斷被開發(fā)，由于技術(shù)的進步，即使是正在在高速行駛的車輛，車牌也能被讀取。

傳感器中的快門技術(shù)

在CMOS圖像傳感器中，可提供兩種類型的快門——卷簾快門和全局快門。卷簾快門自上而下逐步掃描圖像，依次曝光每一行。

圖1：卷簾快門自上而地逐行曝光傳感器

雖然這種方法是模仿大多數(shù)攝像機的機械快門，但有一定的局限性（以及益處）。如果配有傳感器的攝像機和所捕獲的場景都相對靜止，那么就不會有任何問題。但是，由于自上而下移動的掃描需要一定的時間（隨著更多的像素添加到傳感器，所需的時間也越長），那么如果在此期間攝像機或拍攝主體移動，則會導(dǎo)致圖像失真。這就是為什么旋轉(zhuǎn)的飛機螺旋槳照片看起來很扭曲。卷簾快門圖像傳感器的優(yōu)點是更高的分辨率、更小的像素以及最新的像素技術(shù)能夠以成本效益的方案驅(qū)動更高的整體圖像質(zhì)量。

全局快門通過記錄將整個圖像整合并復(fù)制到存儲區(qū)時所捕獲的光線水平，避免圖像拖尾或彎曲，從而抵消攝像機移動或場景內(nèi)移動所產(chǎn)生的任何影響。

圖2：使用卷簾快門的模糊的風(fēng)扇圖像（左圖）和使用全局快門的非模糊版本（右圖）

隨著捕獲移動對象的不失真圖像的需求增長（例如無人機和AR / VR應(yīng)用），全局快門意味著完全具有代表性的、清晰的場景捕獲將成為可能。

考慮到許多視覺傳感器應(yīng)用的移動和電池供電特性，小尺寸、重量輕和低能耗工作將成為關(guān)鍵的成功因素。除此之外，還需要在較差光照下（包括微光照水平、以及同一幀中極端明暗情況）能夠精準(zhǔn)地捕獲圖像。

具有全局快門技術(shù)的圖像傳感器用于現(xiàn)代應(yīng)用

安森美半導(dǎo)體近期推出了AR0144，它是一款1/4英寸、1.0百萬像素（Mp）（1280H x 800V）的CMOS數(shù)碼圖像傳感器，可捕獲清晰、準(zhǔn)確的圖像，明亮和微光條件下都不會出現(xiàn)偽影。3.0um像素傳感器采用全局快門，滿足在靜態(tài)和移動場景應(yīng)用中準(zhǔn)確和快速的捕獲影像的嚴(yán)格要求。其高快門效率和信噪比充分降低重影和噪音影響，提高了整體圖像質(zhì)量。

在條形碼掃描儀等靜態(tài)應(yīng)用中，AR0144通過確保初次掃描來保證快速的結(jié)果。在無人機等電池供電的動態(tài)應(yīng)用中，該傳感器的低能耗特性（<200mW）能夠延長充電時間間隔，其成像性能可提供更佳的環(huán)境映射，避免嚴(yán)重碰撞。快速的性能和準(zhǔn)確的成像讓AR/VR應(yīng)用能夠?qū)崟r渲染場景，從而提升用戶體驗。

AR0144具有高度的靈活性，可選擇主圖像/視頻、觸發(fā)幀/單幀以及自動觸發(fā)操作模式。曝光時間通過雙線串行接口進行控制，列框選尺寸和消隱時間配置令分辨率和幀率（全分辨率時達到60fps）可調(diào)整，以覆蓋應(yīng)用所需的任何興趣區(qū)（ROI）。

該傳感器提供單色和彩色版本。由于像素尺寸減小，傳感器比前幾代產(chǎn)品縮小了50％。5.6 mm x 5.6 mm芯片尺寸或裸片格式可選，使超小方案能夠輕松地嵌入空間受限的手持或便攜設(shè)備。

總結(jié)

隨著傳感轉(zhuǎn)向完全基于視覺的系統(tǒng)，使得互聯(lián)設(shè)備能夠真正“看到”并解讀其環(huán)境，全局快門技術(shù)代表了在產(chǎn)出高質(zhì)量圖像方面邁出的重要一步，即使在具有挑戰(zhàn)性的條件下也是如此。

市場永遠(yuǎn)不會停滯不前，而且對更高分辨率傳感器的需求將不斷增長，以解決更多細(xì)節(jié)問題。安森美半導(dǎo)體就是在這一領(lǐng)域持續(xù)創(chuàng)新的一個例子，安森美半導(dǎo)體正在開發(fā)更為先進且功能全面的全局快門傳感器。

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