机器之眼-图像传感器

来源：罗姆半导体社区

图像传感器可说是电子产品的眼睛，可为各种应用提供机器视觉，虽说这已不是新鲜的产品，但其相关技术仍在持续演进当中，让图像传感器的分辨率越高、图像质量更好、功耗更低，就让我们来看看当前最新的发展趋势吧！

全局快门避免果冻效应产生

图像传感器已经发展多年，最早期以CCD技术为主，应用在各式各样的摄像机，但随着便携设备越来越重视产品的使用时间，以及产品数字化风潮的带动，因此更为省电、易于集成的CMOS技术逐渐成为主流，广泛使用于各式各样的数码相机、摄像机与手机等电子产品。

上述两种影像传感技术，在影像质量上并没有太大的优劣之分。不过，在同等条件下，CMOS感光组件所用的组件数相对更少，从而功耗较低，数据吞吐速度也比CCD更高。由于数码相机CMOS感光组件可以直接制作在主板电路上，因此它的信号传输距离较CCD短，电容、电感和寄生延迟降低。此外，CMOS的制造成本也比CCD传感器低，因此目前市场上几乎已经呈现CMOS技术独霸的现象。

以往的CMOS传感器则会因为采用滚动式快门（rolling shutter），对高速移动的对象拍摄时，会产生不好的果冻效应（Jello Effect）。这是因为CMOS感光组件在记录光电信号时需要逐行扫描，形式是由左至右、从上至下逐点来记录影像，感觉有点像放下窗帘。因此在读取第一行信号跟最后一行信号之间，必存有时间差，当拍摄快速移动的场景时，会因为时间差的问题，令影像倾斜变形，这就是导致著名的果冻效应了。

果冻效应要如何解决呢？便是不要逐点逐线去记录数据，但这会影响到CMOS在高速、高效、低功耗上的表现，不过随着近年处理器和内存的技术提升，两者兼备不再是做不到的事情，因此便有了全局快门（Global Shutter）的诞生。

以下便以安森美半导体所推出的应用于Oculus Rift VR设备中的AR0134图像传感器为例，这是一款工业级1/3”百万像素全局快门传感器，可用于条码扫描、3D扫描、位置跟踪、虚拟现实（VR）、增强现实（AR）、生物识别及机器视觉等应用，其采用3.75µm像素设计，分辨率可达1.2Mp (1280x960)，可提供绝佳的微光性能，线性捕获技术，支持720p 60 fps的高清视频输出，可支持视频／单幅模式，灵活的跳行模式，具有片上自动曝光、自动黑电平校准和统计引擎，支持并行和串行输出，这是第3代全局快门技术，可提供最高能效的全局快门像素，灵敏度可达6.1V/lux-sec，全分辨率时可达45 fps，支援720p 60 fps视频应用，并可搭配外部LED或闪光灯，此外，情境切换（Context Switching）功能则可支持不同成像需求的应用，利用单一来源来进行有效运行。

在虚拟现实与增强现实应用的推波助澜之下，图像传感器市场的发展更形快速，随着技术的进步，让图像传感器无论在拍摄质量、功耗、效能上都有所增进，这将让机器之眼变得更为锐利，应用更为广泛，市场也将更为快速发展。

审核编辑黄昊宇