圖像傳感器適用于廣泛的應(yīng)用

圖像傳感器的創(chuàng)新不再以提高手機和數(shù)碼相機市場的相機性能為中心。僅在去年，在先進駕駛輔助系統(tǒng) （ADAS） 和自動駕駛、機器視覺、安全、3D 以及增強和虛擬現(xiàn)實 （AR/VR） 的推動下，汽車安全應(yīng)用對更好成像的需求就增加了。 以下是其中一些進展的示例。

圖像傳感器市場的領(lǐng)導(dǎo)者之一是 OmniVision Technologies Inc。該公司最近宣布推出首款用于汽車觀察攝像頭的圖像傳感器，具有 140-dB 高動態(tài)范圍 （HDR） 和出色的 LED 閃爍抑制 （LFM），可最大限度地減少運動偽影。OX03C10 CMOS ASIL-C 汽車圖像傳感器具有3.0 微米的大像素尺寸，以每秒 60 幀 （fps） 的最高速率提供 1，920 × 1，280p 分辨率，從而為駕駛員提供更快的攝像頭視圖切換。

這要歸功于該公司的 HALE（HDR 和 LFM 引擎）組合算法、Deep Well 雙轉(zhuǎn)換增益技術(shù)（可提供比其他 140 dB 傳感器低得多的運動偽影）以及具有四次捕獲的分割像素 LFM 技術(shù)。該傳感器還集成了缺陷像素校正和鏡頭校正等基本圖像處理功能。

此外，OmniVision 的 PureCel Plus-S 堆疊架構(gòu)使像素性能優(yōu)于非堆疊技術(shù)。該公司稱其信噪比比上一代 2.5 兆像素 （MP） 觀察傳感器提高了 20%，這要歸功于提高像素和暗電流性能的 3D 堆疊。

除了這些性能改進之外，OX03C10 還聲稱具有最小的尺寸、最低的功耗和最佳的微光性能，適用于高檔車輛的高端觀看應(yīng)用。據(jù)豪威科技稱，OX03C10 的功耗比任何具有 2.5-MP 分辨率的 LFM 圖像傳感器的功耗低 25%，并且結(jié)合小封裝尺寸，即使在狹小的空間內(nèi)也能放置攝像頭。汽車觀察應(yīng)用包括后視攝像頭、環(huán)視系統(tǒng)、攝像頭監(jiān)控系統(tǒng)和電子鏡。OX03C10 圖像傳感器提供 a-CSP 和 a-BGA 兩種封裝，計劃通過 AEC-Q100 2 級認(rèn)證。

豪威科技還推出了首款用于駕駛員監(jiān)控系統(tǒng) （DMS） 的汽車級晶圓級攝像頭模塊。OVM9284 1-MP CameraCubeChip 模塊尺寸為 6.5 × 6.5 mm，將圖像傳感器（3 微米像素，1/4 英寸光學(xué)格式，1，280 × 800 分辨率）、信號處理器和晶圓級光學(xué)器件集成在一個封裝中，以降低設(shè)計復(fù)雜性并加快開發(fā)時間。

OmniVision 稱，攝像頭模塊的小尺寸和低功耗（比競爭對手低約 50%）使 DMS 設(shè)計人員能夠?qū)z像頭安裝在狹小的空間中并連續(xù)運行。此外，它是可回流的，這意味著它可以使用自動表面貼裝設(shè)備與印刷電路板上的其他組件一起安裝。

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隨著越來越多的設(shè)備需要基于上下文的人機交互，對 3D 圖像傳感器的需求也不斷增長。這些傳感器需要體積小、節(jié)能且高度可靠。Infineon Technologies AG 提供最小、功耗最低的 3D 傳感器之一，用于智能手機上的人臉驗證和照片效果。

針對智能手機和其他 3D 圖像數(shù)據(jù)應(yīng)用，英飛凌與軟件和 3D 飛行時間 （ToF） 系統(tǒng)專家 pmdtechnologies ag 合作，聲稱擁有業(yè)界最小和最強大的 3D 圖像傳感器。今年早些時候推出的REAL3單芯片解決方案是英飛凌的第五代 ToF 深度傳感器。除了 4.4 × 5.1 mm 的小尺寸外，該芯片還以低功耗提供最高分辨率的數(shù)據(jù)。

英飛凌的深度傳感器或深度傳感器 ToF 技術(shù)可為需要與原始圖像精確匹配以及高可靠性和安全性的應(yīng)用提供準(zhǔn)確的面部、手部細(xì)節(jié)或物體的 3D 圖像。引用的一個例子是使用手機或不需要銀行詳細(xì)信息、銀行卡或收銀員的設(shè)備進行支付交易，支付是通過面部識別進行的。

主要功能包括在極端光照條件下工作的能力，包括明亮的陽光和黑暗中，以及用于 AR 體驗的實時全 3D 映射。該芯片還為相機應(yīng)用提供了額外的選項，例如增強的自動對焦、照片和視頻的散景效果以及在光線不足的情況下提高分辨率。該公司表示，英飛凌還提供優(yōu)化的照明驅(qū)動器 （IRS9100C） 作為完整解決方案的一部分，可進一步提高性能、尺寸和成本。

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對于移動 3D 光學(xué)傳感系統(tǒng)，ams AG 推出了超靈敏的近紅外 （NIR） 圖像傳感器，該傳感器在節(jié)能方面具有巨大優(yōu)勢，使移動設(shè)備制造商能夠延長電池運行時間。CGSS130 ?英寸。據(jù)說 CMOS 全局快門傳感器 （CGSS） 對 NIR 波長的敏感度是大多數(shù)其他圖像傳感器的 4 倍，能夠可靠地檢測 3D 傳感系統(tǒng)中來自極低功率 IR 發(fā)射器的反射。

1.3-MP 堆疊背照式 （BSI） 傳感器提供高量子效率 （QE），在 940 nm 時高達(dá) 40%，在 850 nm 時高達(dá) 58%。由于用于制造 CGSS 圖像傳感器的堆疊 BSI 工藝，它們提供了小尺寸——裸片尺寸為 3.8 × 4.2 毫米，GS 像素尺寸為 2.7 微米。

該傳感器以 120 fps 的最大幀速率生成像素陣列為 1，080 × 1，280 的單色圖像。ams 表示，這種高幀速率和全局快門操作可生成沒有模糊或其他運動偽影的清晰圖像。它還提供 HDR 模式，可實現(xiàn)超過 100 dB 的動態(tài)范圍。高級功能包括外部觸發(fā)、窗口化以及水平或垂直鏡像。

CGSS130 NIR 傳感器為支付認(rèn)證、人臉識別和 AR/VR 應(yīng)用提供高性能深度圖。ams 表示，除了在可穿戴設(shè)備和其他由小電池供電的產(chǎn)品中實現(xiàn)人臉識別外，該傳感器還支持新的應(yīng)用范圍，因為提高的靈敏度在相同的功率預(yù)算下擴展了測量范圍。

該公司提供完整的系統(tǒng)解決方案——照明、傳感器和軟件——以幫助移動設(shè)計人員加快開發(fā)速度并使其產(chǎn)品與眾不同。除了 NIR 傳感器外，ams 還提供 NIR VCSEL 發(fā)射器、面部檢測和面部匹配軟件，以及用于移動 3D 傳感的參考設(shè)計。

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另一種新型圖像傳感器是安森美半導(dǎo)體的 ARX3A0，可實現(xiàn)用于查看和 AI 的智能視覺系統(tǒng)。該公司表示，具有 0.3-MP 分辨率、1:1 縱橫比的數(shù)字圖像傳感器是同類產(chǎn)品中第一個專為先進和智能系統(tǒng)以及傳統(tǒng)查看系統(tǒng)而設(shè)計的傳感器。超小型（1/10 英寸光學(xué)格式）和超低功耗ARX3A0 CMOS 數(shù)字圖像傳感器即使在低光照條件下也能提供高性能圖像捕捉和最低功耗。

圖像傳感器在以 30 fps 捕獲圖像時消耗小于 19 mW，在捕獲 1 fps 時消耗 2.5 mW。它還具有高級電源管理功能，例如在檢測到場景中的運動或照明變化時自動從低功耗模式喚醒。這使得傳感器成為攝像頭系統(tǒng)的主要喚醒源，從而節(jié)省了額外的系統(tǒng)功耗。

ARX3A0 可以捕捉 360 fps，類似于具有 BSI 卷簾快門傳感器的尺寸、性能和響應(yīng)度的全局快門。由于其小尺寸、方形外形和高幀率，圖像傳感器可用于機器視覺、人工智能和 AR/VR 應(yīng)用，以及補充安全攝像頭。一個應(yīng)用示例是 AR/VR 谷歌，用于監(jiān)控佩戴者的眼球運動，以幫助調(diào)整查看的圖像。在此應(yīng)用中，1/10 英寸。方形格式支持低高度模塊，而 3.5 毫米芯片尺寸有助于最大化傳感器的視野。

單色傳感器基于采用 ON Semiconductor 的 NIR+ 技術(shù)的 560 × 560 有源像素陣列。安森美半導(dǎo)體表示，這使圖像傳感器在近紅外波長下具有高靈敏度，可在無光或使用人眼無法察覺的照明時提供出色的性能。

ARX3A0 提供芯片級封裝和重構(gòu)晶圓芯片?？商峁┰诎采腊雽?dǎo)體基于 PC 的 DevWare 系統(tǒng)和原型模塊上運行的評估板。

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SmartSens Technology 最近推出了用于安全視頻和監(jiān)控應(yīng)用的SC500AI 5-MP 寬屏智能圖像傳感器，擴展了其AI 智能傳感器系列。該公司表示，下一代傳感器解決了大多數(shù)具有 4:3 縱橫比的 5-MP 安全攝像頭傳感器的挑戰(zhàn)，這些傳感器并未針對現(xiàn)代寬屏格式 LCD 顯示器進行優(yōu)化。

SmartSens SC500AI 以相同的外形尺寸通過 1，620p 16:9 5-MP 視頻輸出解決了這個問題。得益于該公司的SmartClarity技術(shù)，與市場上的許多 5-MP 產(chǎn)品相比，它的像素數(shù)量增加了 20%。這利用了傳感器的全分辨率，而不是將 5-MP 4:3 圖像裁剪為 4 MP 以適應(yīng) 16:9 的縱橫比，從而減少圖像兩側(cè)的暗邊和失真，以實現(xiàn)真正的 16： SmartSens 表示，9 寬高比包括額外 10% 的水平可視區(qū)域。

與 SmartSens 的上一代傳感器相比，新型 SC500AI 將暗電流從 80?C 時的 389 e– 降低到 210 e–?？傋x取噪聲 （RN） 從 0.75e– 降低到 0.63e–，靈敏度水平也從 2，800 mV/lux-sec 提高到 3，680 mV/lux-sec。

這些改進歸功于 SmartSens 的 SFCPixel 技術(shù)，該技術(shù)提高了高質(zhì)量夜視圖像的靈敏度水平。此外，該公司專有的 PixGain 技術(shù)使傳感器即使在刺眼的陽光下也能實現(xiàn)出色的 HDR 性能。

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旨在通過高速全局快門圖像傳感器實現(xiàn)下一代智能計算機視覺應(yīng)用——在場景移動或需要 NIR 照明時捕捉無失真圖像的首選——是新的 NIR 優(yōu)化VD55G0 （以 640 × 600 像素分辨率捕獲高達(dá) 210 fps）和VD56G3與 STMicroelectronics 的 1.5-MP（以 1，124 × 1，364 像素分辨率捕獲高達(dá) 98 fps）傳感器。

該公司聲稱 VD55G0 和 VD56G3 傳感器的尺寸分別為 2.6 × 2.5 mm 和 3.6 × 4.3 mm，在分辨率方面是市場上最小的。他們還吹捧在所有波長（特別是近紅外）的低像素間串?dāng)_，提供高對比度以實現(xiàn)卓越的圖像清晰度。這些傳感器經(jīng)過優(yōu)化，可更好地檢測和識別 2D 和 3D 傳感的物體。應(yīng)用包括 AR/VR、同步定位和映射 （SLAM） 以及 3D 掃描。

ST 將傳感器的像素尺寸、高靈敏度和低串?dāng)_歸功于其圖像傳感器工藝技術(shù)——硅工藝創(chuàng)新和先進的像素架構(gòu)相結(jié)合，允許在頂部芯片上使用更小的傳感器像素陣列，同時保持更大的硅面積底部芯片以增加數(shù)字處理能力和特性。

先進的像素技術(shù)，包括全深溝槽隔離 （DTI），可實現(xiàn)極小的 2.61 × 2.61-μm 像素，在單個芯片層中結(jié)合了低寄生光靈敏度、高 QE 和低串?dāng)_。此外，意法半導(dǎo)體的方法允許在 BSI 芯片上使用一個小像素，以便在底部芯片上以節(jié)省空間的方式垂直堆疊光學(xué)傳感器和相關(guān)信號處理電路，從而實現(xiàn)非常小的傳感器尺寸和更多功能。

底部芯片采用 ST 的 40 納米技術(shù)制造，并集成了數(shù)字和模擬電路。數(shù)字電路結(jié)合了硬件功能，包括從多達(dá) 336 個區(qū)域收集統(tǒng)計數(shù)據(jù)的曝光算法、自動缺陷校正和自動暗校準(zhǔn)。

完全自主的低功率光流模塊可以以 60 fps 的速度計算 2，000 個運動矢量。ST 表示，嵌入式矢量生成在 AR/VR 或機器人技術(shù)中具有優(yōu)勢，可支持 SLAM 或六自由度 （6DoF） 用例，尤其是在處理能力有限的主機系統(tǒng)中。

傳感器支持具有可編程排序的多個幀上下文，包括全照明控制。其他功能包括集成溫度傳感器、I2C 快速模式+控制、缺陷校正、窗口化、分檔和 MIPI CSI-2 數(shù)據(jù)接口。

索尼公司還通過最近發(fā)布的用于工業(yè)設(shè)備的IMX990 和 IMX991緊湊型短波長紅外 （SWIR） 圖像傳感器，推出了先進的全局快門圖像傳感器技術(shù)?；谑褂蒙榛熸?（InGaAs） 的 SWIR 圖像傳感器，這些傳感器可以在短波長紅外范圍內(nèi)的可見和不可見光譜中捕獲圖像，并提供具有最小 5 微米像素尺寸的緊湊尺寸。IMX990 和 IMX991 全局快門傳感器針對開發(fā)用于檢測、識別和測量等一系列應(yīng)用的 SWIR 工業(yè)相機和檢測設(shè)備，克服了像素小型化方面的挑戰(zhàn)，以提供從可見光譜到 SWIR 波長的緊湊和高分辨率。

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SWIR 圖像傳感器在 0.4 μm 到 1.7 μm 的寬波長范圍內(nèi)具有高靈敏度，這要歸功于 Sony 的 SenSWIR 技術(shù)，其中光電二極管形成在 InGaAs 化合物半導(dǎo)體層上，并通過 Cu-Cu 連接與硅連接層，它形成了讀出電路。這為在各種應(yīng)用中開發(fā)相機和測試設(shè)備開辟了新機遇。

新產(chǎn)品還支持?jǐn)?shù)字輸出，與當(dāng)前用于工業(yè)設(shè)備的 CMOS 圖像傳感器的性能相匹配，具有許多特性和功能。索尼表示，這減少了相機開發(fā)的步驟，并使多功能相機的開發(fā)更加容易。

索尼表示，Cu-Cu 連接使像素間距更小，像素尺寸為 5 微米，可以在保持 SXGA （IMX990）/VGA （IMX991） 分辨率的同時減小相機尺寸，有助于提高測試精度。 這兩款器件均采用陶瓷 LGA 封裝和帶有內(nèi)置熱電冷卻器的陶瓷 PGA 封裝。

智能手機相機的創(chuàng)新也在繼續(xù)。三星電子最近推出了具有 50-MP 分辨率的 ISOCELL 相機傳感器，具有更大的像素、更快的 DSLR 級自動對焦速度、更明亮的圖像和 8K 視頻錄制。具有 1.2 微米像素的ISOCELL GN1是該公司首款同時提供雙像素自動對焦和 Tetracell 像素合并技術(shù)的圖像傳感器，可滿足各種成像用戶偏好，以獲得具有超高分辨率或更大像素的極其詳細(xì)的圖像，從而獲得更亮的圖像弱光環(huán)境。

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GN1 通過 1 億個相位檢測自動對焦 （PDAF） 代理提供一流的自動對焦。雙像素技術(shù)將兩個光電二極管并排放置在一個像素內(nèi)，可以接收來自不同角度的光以進行相位檢測。捕獲圖像時，通過合并像素內(nèi)兩個光電二極管的輸出來創(chuàng)建單個像素輸出。軟件算法從每個光電二極管獲取光信息，以產(chǎn)生與 100 MP 相當(dāng)?shù)膱D像分辨率。

三星還表示，ISOCELL GN1 可以使用 Tetracell 技術(shù)提供 2.4 微米像素，以拍攝“終極”低光照片。Tetracell 技術(shù)是一種像素合并技術(shù)，可提高像素捕獲和處理更多光的能力。通過將四個像素信號合并為一個，Tetracell 將圖像傳感器的像素尺寸加倍至 2.4 μm，并將光敏度提高四倍，以拍攝更亮的 12.5-MP 圖像。

其他功能包括智能選擇最佳 ISO 的 Smart-ISO、同時捕捉多次曝光場景的實時 HDR，以及基于陀螺儀的電子圖像穩(wěn)定功能，即使在運動時也能拍攝清晰的圖像和視頻。圖像傳感器支持以 30 fps 的速度錄制高達(dá) 8K 分辨率的視頻?！　?/p>