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從更高分辨率到零運(yùn)動(dòng)偽影——圖像傳感器的新發(fā)展

2023-03-10 12:27:40 EETOP

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利用CMOS和先進(jìn)的像素合并技術(shù)，業(yè)界正在提供針對(duì)ADAS、智能手機(jī)攝像頭、監(jiān)控系統(tǒng)等用例的圖像傳感器。

隨著CMOS和像素合并技術(shù)的進(jìn)步，相關(guān)公司現(xiàn)在正在制造新型圖像傳感器，以消除運(yùn)動(dòng)偽影并擁有更高的分辨率，更好的動(dòng)態(tài)范圍和更高的性能。

本文討論了業(yè)界最近推出的一些新型圖像傳感器產(chǎn)品。

像素合并技術(shù)成為焦點(diǎn)

因?yàn)樾∠袼爻叽鐭o法捕獲那么多的光，所以使用像素合并技術(shù)制作超像素可以解決這個(gè)問題。像素合并是獲取圖像傳感器中的相鄰像素并將它們組合在一起以形成超像素簇的過程。更重要的是，像素合并技術(shù)提高了像素的感光度，以產(chǎn)生更清晰、噪點(diǎn)更少的弱光圖像。

ISOCELL HP2 圖像傳感器的特寫視圖。圖片由三星提供

三星最近利用其像素合并技術(shù) Tetra2pixel制造了 200MP（2億像素）圖像傳感器 ISOCELL HP2。圖像傳感器允許手機(jī)制造商開發(fā)具有更高分辨率相機(jī)的智能手機(jī)等設(shè)備。ISOCELL HP2 在 1/1.3 英寸光學(xué)格式中嵌入了 2 億個(gè) 0.6 微米 (μm) 像素，可用于 108 MP 主智能手機(jī)相機(jī)。

三星的 Tetra2pixel 技術(shù)使圖像傳感器能夠在不同光照條件下（包括低光照環(huán)境）以最佳方式工作。例如，在光線較暗的環(huán)境中， ISOCELL HP2會(huì)自動(dòng)將相鄰像素合并為一個(gè)，使其可以作為單個(gè) 1.2 μm 大小相當(dāng)于5000萬像素或者 2.4 μm 大小，具有1250萬的像素進(jìn)行操作。

圖像傳感器中單個(gè)像素可以吸收的電子數(shù)量隨著像素尺寸的減小而減少。這會(huì)影響捕獲圖像的色彩再現(xiàn)質(zhì)量。為了將圖像傳感器的性能提升 33%，三星采用雙垂直傳輸門 (D-VTG) 技術(shù)，使像素存儲(chǔ)更多電子，并消除在明亮環(huán)境下運(yùn)行時(shí)畫面褪色的產(chǎn)生。

三星還在圖像傳感器中加入了超級(jí) QPD 功能。這使傳感器能夠?qū)⑵渌?2 億像素用于低光照環(huán)境中的聚焦劑。ISOCELL HP2 擁有高幀率和減少的快門延遲。這允許更快的拍照體驗(yàn)。最新的三星 S23 Ultra 智能手機(jī) 采用了這款圖像傳感器。

消除 ToF 相機(jī)中的運(yùn)動(dòng)偽影

由于物體和飛行時(shí)間 (ToF) 圖像傳感器之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，可能會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)偽影。為了消除 ToF 相機(jī)中的運(yùn)動(dòng)偽影，Teledyne推出了 Hydra 3D+，這是一種圖像傳感器，集成了具有出色解調(diào)對(duì)比度的 10 μm 三抽頭像素。

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Hydra 3D ToF 圖像傳感器的特寫視圖。圖片由Teledyne提供

Hydra 3D+ 是一款 832 x 600 像素分辨率的 CMOS 圖像傳感器，適用于 3D 檢測和測量。該設(shè)備在近紅外 (NIR) 波長范圍內(nèi)具有高靈敏度。

據(jù)該公司稱，Hydra3D+ 可以在短距離、中距離和遠(yuǎn)距離實(shí)時(shí)捕捉快速移動(dòng)的物體，而不會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)偽影。因此，該設(shè)備可應(yīng)用于自動(dòng)導(dǎo)引車、監(jiān)控、機(jī)器人導(dǎo)航和工廠自動(dòng)化。

圖像傳感器的主要特性包括片上多系統(tǒng)管理、強(qiáng)大的片上高動(dòng)態(tài)范圍 (HDR) 和可編程曝光時(shí)間。該公司表示，借助全新的 ToF 傳感器，消費(fèi)者可以享受具有最高水平 3D 性能的 3D 測量，在 2D 和 3D 模式下，以及在所有距離范圍和條件下，即使在多個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行或在室外環(huán)境中，圖像質(zhì)量也不受影響。

高動(dòng)態(tài)范圍 CMOS 相機(jī)

同時(shí)，佳能在 1 月份發(fā)布了面向監(jiān)控應(yīng)用的 1.0 英寸背照式堆疊 CMOS 圖像傳感器。與 Teledyne 的 Hydra3+ 圖像傳感器一樣，佳能的新圖像傳感器也可以捕捉?jīng)]有運(yùn)動(dòng)偽影的圖像。

傳統(tǒng)的圖像傳感器執(zhí)行高動(dòng)態(tài)范圍圖像合成，以生成從不同曝光條件下的多個(gè)獨(dú)立圖像捕獲的單個(gè)圖像。由于在生成的圖像中出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)偽影，此操作通常存在缺陷。

為了解決這個(gè)問題，佳能的新型 CMOS 傳感器配備了最先進(jìn)的多 CPU 和其他處理電路，可將單張圖像劃分為 736 個(gè)不同的區(qū)域，每個(gè)區(qū)域都根據(jù)曝光時(shí)間設(shè)置最佳曝光時(shí)間。環(huán)境的亮度級(jí)別。這不僅消除了運(yùn)動(dòng)偽影，還消除了圖像合成操作的需要。