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    電子產品的眼睛 圖像傳感器發展趨勢解讀

    2017-06-07

    OFweek電子工程網訊 圖像傳感器可說是電子產品的眼睛,可為各種應用提供機器視覺,雖說這已不是新鮮的產品,但其相關技術仍在持續演進當中,讓圖像傳感器的分辨率越高、圖像質量更好、功耗更低,就讓我們來看看當前最新的發展趨勢吧!

    全局快門避免果凍效應產生

    圖像傳感器已經發展多年,最早期以CCD技術為主,應用在各式各樣的攝像機,但隨著便攜設備越來越重視產品的使用時間,以及產品數字化風潮的帶動,因此更為省電、易于集成的CMOS技術逐漸成為主流,廣泛使用于各式各樣的數碼相機、攝像機與手機等電子產品。

    上述兩種影像傳感技術,在影像質量上并沒有太大的優劣之分。不過,在同等條件下,CMOS感光組件所用的組件數相對更少,從而功耗較低,數據吞吐速度也比CCD更高。由于數碼相機CMOS感光組件可以直接制作在主板電路上,因此它的信號傳輸距離較CCD短,電容、電感和寄生延遲降低。此外,CMOS的制造成本也比CCD傳感器低,因此目前市場上幾乎已經呈現CMOS技術獨霸的現象。

    以往的CMOS傳感器則會因為采用滾動式快門(rolling shutter),對高速移動的對象拍攝時,會產生不好的果凍效應(Jello Effect)。這是因為CMOS感光組件在記錄光電信號時需要逐行掃描,形式是由左至右、從上至下逐點來記錄影像,感覺有點像放下窗簾。因此在讀取第一行信號跟最后一行信號之間,必存有時間差,當拍攝快速移動的場景時,會因為時間差的問題,令影像傾斜變形,這就是導致著名的果凍效應了。

    果凍效應要如何解決呢?便是不要逐點逐線去記錄數據,但這會影響到CMOS在高速、高效、低功耗上的表現,不過隨著近年處理器和內存的技術提升,兩者兼備不再是做不到的事情,因此便有了全局快門(Global Shutter)的誕生。

    以下便以安森美半導體所推出的應用于Oculus Rift VR設備中的AR0134圖像傳感器為例,這是一款工業級1/3”百萬像素全局快門傳感器,可用于條碼掃描、3D掃描、位置跟蹤、虛擬現實(VR)、增強現實(AR)、生物識別及機器視覺等應用,其采用3.75μm像素設計,分辨率可達1.2Mp(1280x960),可提供絕佳的微光性能,線性捕獲技術,支持720p 60 fps的高清視頻輸出,可支持視頻/單幅模式,靈活的跳行模式,具有片上自動曝光、自動黑電平校準和統計引擎,支持并行和串行輸出,這是第3代全局快門技術,可提供最高能效的全局快門像素,靈敏度可達6.1V/lux-sec,全分辨率時可達45 fps,支援720p 60 fps視頻應用,并可搭配外部LED或閃光燈,此外,情境切換(Context Switching)功能則可支持不同成像需求的應用,利用單一來源來進行有效運行。

    在虛擬現實與增強現實應用的推波助瀾之下,圖像傳感器市場的發展更形快速,隨著技術的進步,讓圖像傳感器無論在拍攝質量、功耗、效能上都有所增進,這將讓機器之眼變得更為銳利,應用更為廣泛,市場也將更為快速發展。

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