自動(dòng)駕駛攝像頭與工業(yè)相機(jī)中的短波紅外新秀

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/周凱揚(yáng)）在追求高精度自動(dòng)視覺檢測(cè)的圖像傳感器中，我們常常提到紅外這一波段。要想進(jìn)一步細(xì)分的話，往往750nm到1000nm的波段范圍稱為近紅外（NIR），而1000nm到1600nm之間的波段稱為短波紅外（SWIR）。

在短波紅外的波段下，這類傳感器得以看到不少與傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器不同的畫面，其成像或?qū)Ρ冉Y(jié)果可以直接用于自動(dòng)視覺檢測(cè)中，且無需較高的像素，比如晶圓制造中的薄膜工藝，或是智能穿戴設(shè)備的溫度監(jiān)測(cè)。

而最近不少廠商都在進(jìn)一步推動(dòng)SWIR傳感器往低成本的方向走，從而盡快集成到更多消費(fèi)和工業(yè)應(yīng)用中去。除了基于鍺基的SWIR傳感器以外，也有選擇銦鎵砷材料的，不過后者在成本要更高一些，也成了阻礙其大規(guī)模普及的痛點(diǎn)之一。

短波紅外波段下的超高量子效率

SWIR圖像傳感器的一大特色就是，在短波紅外波段去追求最大的量子效率。索尼在2020年發(fā)布了兩款廣譜銦鎵砷圖像傳感器，IMX990和IMX991，分別是一款1/2英寸134萬有限像素和1/4英寸34萬有效像素的SWIR圖像傳感器。

索尼的這兩款傳感器，就能在1200nm下做到大于75%的量子效率，即便是在可見光波段下，其相對(duì)量子效率也不會(huì)低于0.7。此外，索尼的SWIR圖像傳感器與其他產(chǎn)品一樣，已經(jīng)集成了片上ADC等功能，所以可以直接實(shí)現(xiàn)數(shù)字輸出，加速相關(guān)相機(jī)產(chǎn)品的開發(fā)。

至于上面提到的銦鎵砷成本問題，索尼似乎選擇了D2W的混合封裝方案，利用混合鍵合技術(shù)，將銦鎵砷探測(cè)器轉(zhuǎn)移到硅探測(cè)器讀出芯片上。這一設(shè)計(jì)方案不僅顯著降低了制造成本，也同樣縮小了像素尺寸，做到了5微米，得以輸出更高的解像度。

自動(dòng)駕駛的傳感器融合中也有SWIR一席之地？

在自動(dòng)駕駛的傳感器融合策略中，現(xiàn)有的VIS攝像頭往往用于檢測(cè)路面標(biāo)識(shí)、交通標(biāo)志、車輛和行人等，毫米波等雷達(dá)傳感器則用于測(cè)量物體的距離和速度，激光雷達(dá)則是用于實(shí)現(xiàn)更高分辨率的測(cè)量。

但無論是VIS攝像頭還是激光雷達(dá)，都存在一定的痛點(diǎn)，比如VIS攝像頭在夜晚與濃霧風(fēng)沙天氣喜愛的局限性，或是激光雷達(dá)高昂的成本、更大的體積等等?？扇绻覀兛紤]將SWIR作為視覺補(bǔ)充的話，這些痛點(diǎn)就一并解決了。

SWIR圖像傳感器不必去負(fù)責(zé)VIS攝像頭傳感器的工作，它只需要解決眩光、惡劣天氣和夜間這類場(chǎng)景下的感知問題就好。而且SWIR圖像傳感器還有勝過VIS與激光雷達(dá)的一點(diǎn)，那就是它是可以置于車內(nèi)的，諸如反射之類的顏色干擾根本不會(huì)對(duì)其造成影響，因?yàn)樗梢酝ㄟ^頻譜響應(yīng)直接對(duì)材料進(jìn)行判斷，所以也無需像激光雷達(dá)和傳統(tǒng)ADAS攝像頭那樣，為了最大化成像清晰度和分辨率必須置于車外。

Trieye的Raven就是這樣一款面向汽車/ADAS應(yīng)用的鍺基SWIR圖像傳感器，像素量達(dá)到120萬，同時(shí)覆蓋了400nm到1600nm的可見光+SWIR波段，最大輸出規(guī)格可達(dá)1284x960分辨率和120FPS。

小結(jié)

SWIR圖像傳感器無疑在工業(yè)與自動(dòng)駕駛領(lǐng)域有著相當(dāng)大的潛力，即便是索尼這樣的巨頭也都開始布局。更重要的是，SWIR圖像傳感器以目前的參數(shù)水平來說，還有很大的提升空間。索尼SWIR的官方開發(fā)人員也提到，如果加入AI技術(shù)，可以進(jìn)一步提高傳感器的精度，這也是當(dāng)下所有圖像傳感器未來的開發(fā)方向。