全局快門圖像傳感技術滿足動態(tài)視覺市場不斷演變的需求

　　當前應用版本的不斷演變和大量令人興奮的新興應用正在創(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年圖像傳感設備復合年增長率預計接近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，基于卷簾快門的傳統(tǒng)設計可能難以達到所需的圖像質量。與此同時，全局快門設計則能夠捕捉高質量圖像，而無任何拖尾、彎曲或偽影。

　　等最新的器件也包含增加更多圖像傳感應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)品的驅動下，全局快門圖像傳感器市場正在迅速崛起。設計人員需要高性能，對傳感器有嚴格的工作參數(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格定義的方式測量一個參數(shù)。當我們轉向下一代技術革命時，圖像傳感器即將脫穎而出，為我們的世界提供更為復雜的傳感和記錄。

　　圖像傳感市場已經(jīng)非常龐大，預計還將迅速增長。領先的研究公司Mordor Intelligence (www.mordorintelligence.com) 預計，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%。

　　隨著技術的演進和完善，用于圖像傳感器的新應用也在不斷增加;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)安防攝像機技術正變得越來越復雜，并將顯著地受益于最新圖像傳感器帶來的視覺技術提升。安防攝像頭不僅能夠在微光照條件下工作，新應用也在不斷被開發(fā)，由于技術的進步，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

　　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，則會導致圖像失真。這就是為什么旋轉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能夠以成本效益的方案驅動更高的整體圖像質量。

　　全局快門通過記錄將整個圖像整合并復制到存儲區(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移動所產(chǎn)生的任何影響。

　　圖2：使用卷簾快門的模糊的風扇圖像(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)能夠精準地捕獲圖像 。

　　具有全局快門技術的圖像傳感器用于現(xiàn)代應用

　　安森美半導體近期推出了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)和移動場景應用中準確和快速的捕獲影像的嚴格要求。其高快門效率和信噪比充分降低重影和噪音影響，提高了整體圖像質量。

　　在條形碼掃描儀等靜態(tài)應用中，AR0144通過確保初次掃描來保證快速的結果。在無人機等電池供電的動態(tài)應用中，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，避免嚴重碰撞?？焖俚男阅芎蜏蚀_的成像讓AR/VR應用能夠實時渲染場景，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)可調整，以覆蓋應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備。

　  總結

　　隨著傳感轉向完全基于視覺的系統(tǒng)，使得互聯(lián)設備能夠真正“看到”并解讀其環(huán)境，全局快門技術代表了在產(chǎn)出高質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，以解決更多細節(jié)問題。安森美半導體就是在這一領域持續(xù)創(chuàng)新的一個例子，安森美半導體正在開發(fā)更為先進且功能全面的全局快門傳感器。