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當前應用版本的不斷演變和大量令人興奮的新興應用正在創(chuàng )造對高性能圖像傳感器的巨大需求。能夠很好地說(shuō)明這一點(diǎn)的是，到2020年圖像傳感設備復合年增長(cháng)率預計接近8％。鑒于包括各類(lèi)小型、便攜或“移動(dòng)”產(chǎn)品的增長(cháng)趨勢，對于從非常差到極亮的光線(xiàn)條件范圍下，能夠捕獲動(dòng)態(tài)場(chǎng)景中的清晰圖像的傳感器的需求也在日益增加。 鑒于它們的操作性質(zhì)，基于卷簾快門(mén)的傳統設計可能難以達到所需的圖像質(zhì)量。與此同時(shí)，全局快門(mén)設計則能夠捕捉高質(zhì)量圖像，而無(wú)任何拖尾、彎曲或偽影。 安森美半導體的AR0144等最新的器件也包含增加更多圖像傳感應用的實(shí)用性和多功能性的功能和特性。在一些激動(dòng)人心的終端產(chǎn)品的驅動(dòng)下，全局快門(mén)圖像傳感器市場(chǎng)正在迅速崛起。設計人員需要高性能，對傳感器有嚴格的工作參數，從而為其提供可在所有光照條件下，以及在靜態(tài)和移動(dòng)環(huán)境中都能工作的小而高功能方案。 隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)（IoT）等技術(shù)的進(jìn)步，我們的世界變得更加智能且日益互聯(lián)。機器也需要更多地了解周?chē)h(huán)境。因此，有數十億互聯(lián)的傳感器報告溫度、濕度、光線(xiàn)以及其他各種參數，讓智能設備能夠代表我們做出決定并控制事物。 雖然進(jìn)步迅速而顯著(zhù)，但傳統的傳感通常只能以嚴格定義的方式測量一個(gè)參數。當我們轉向下一代技術(shù)革命時(shí)，圖像傳感器即將脫穎而出，為我們的世界提供更為復雜的傳感和記錄。 圖像傳感市場(chǎng)已經(jīng)非常龐大，預計還將迅速增長(cháng)。領(lǐng)先的研究公司Mordor Intelligence (www.mordorintelligence.com) 預計，2018年全球圖像傳感器市場(chǎng)將達到126.7億美元，并將從2014到2020年平均每年增長(cháng)7.69％。 隨著(zhù)技術(shù)的演進(jìn)和完善，用于圖像傳感器的新應用也在不斷增加；即使在傳統市場(chǎng)也看到了需求。條形碼無(wú)處不在，但是對于消費或商業(yè)應用中的圖像傳感器來(lái)說(shuō)，要在低于理想光照條件下更加快速地做到高度精準地讀取條形碼并非易事。無(wú)人機、增強現實(shí)和虛擬現實(shí)（AR / VR）等全新應用都依賴(lài)圖像數據來(lái)避免沖撞，采集手勢輸入信息或精確的3D地圖場(chǎng)景，以提升用戶(hù)體驗。 高端和專(zhuān)業(yè)安防攝像機技術(shù)正變得越來(lái)越復雜，并將顯著(zhù)地受益于最新圖像傳感器帶來(lái)的視覺(jué)技術(shù)提升。安防攝像頭不僅能夠在微光照條件下工作，新應用也在不斷被開(kāi)發(fā)，由于技術(shù)的進(jìn)步，即使是正在在高速行駛的車(chē)輛，車(chē)牌也能被讀取。 傳感器中的快門(mén)技術(shù) 在CMOS圖像傳感器中，可提供兩種類(lèi)型的快門(mén)——卷簾快門(mén)和全局快門(mén)。卷簾快門(mén)自上而下逐步掃描圖像，依次曝光每一行。 
圖1：卷簾快門(mén)自上而地逐行曝光傳感器 雖然這種方法是模仿大多數攝像機的機械快門(mén)，但有一定的局限性（以及益處）。如果配有傳感器的攝像機和所捕獲的場(chǎng)景都相對靜止，那么就不會(huì )有任何問(wèn)題。但是，由于自上而下移動(dòng)的掃描需要一定的時(shí)間（隨著(zhù)更多的像素添加到傳感器，所需的時(shí)間也越長(cháng)），那么如果在此期間攝像機或拍攝主體移動(dòng)，則會(huì )導致圖像失真。這就是為什么旋轉的飛機螺旋槳照片看起來(lái)很扭曲。卷簾快門(mén)圖像傳感器的優(yōu)點(diǎn)是更高的分辨率、更小的像素以及最新的像素技術(shù)能夠以成本效益的方案驅動(dòng)更高的整體圖像質(zhì)量。 全局快門(mén)通過(guò)記錄將整個(gè)圖像整合并復制到存儲區時(shí)所捕獲的光線(xiàn)水平，避免圖像拖尾或彎曲，從而抵消攝像機移動(dòng)或場(chǎng)景內移動(dòng)所產(chǎn)生的任何影響。
圖2：使用卷簾快門(mén)的模糊的風(fēng)扇圖像（左圖）和使用全局快門(mén)的非模糊版本（右圖） 隨著(zhù)捕獲移動(dòng)對象的不失真圖像的需求增長(cháng)（例如無(wú)人機和AR / VR應用），全局快門(mén)意味著(zhù)完全具有代表性的、清晰的場(chǎng)景捕獲將成為可能。 考慮到許多視覺(jué)傳感器應用的移動(dòng)和電池供電特性，小尺寸、重量輕和低能耗工作將成為關(guān)鍵的成功因素。除此之外，還需要在較差光照下（包括微光照水平、以及同一幀中極端明暗情況）能夠精準地捕獲圖像 。 具有全局快門(mén)技術(shù)的圖像傳感器用于現代應用 安森美半導體近期推出了AR0144，它是一款1/4英寸、1.0百萬(wàn)像素（Mp）（1280H x 800V）的CMOS數碼圖像傳感器，可捕獲清晰、準確的圖像，明亮和微光條件下都不會(huì )出現偽影。3.0um像素傳感器采用全局快門(mén)，滿(mǎn)足在靜態(tài)和移動(dòng)場(chǎng)景應用中準確和快速的捕獲影像的嚴格要求。其高快門(mén)效率和信噪比充分降低重影和噪音影響，提高了整體圖像質(zhì)量。 在條形碼掃描儀等靜態(tài)應用中，AR0144通過(guò)確保初次掃描來(lái)保證快速的結果。在無(wú)人機等電池供電的動(dòng)態(tài)應用中，該傳感器的低能耗特性（<200mW）能夠延長(cháng)充電時(shí)間間隔，其成像性能可提供更佳的環(huán)境映射，避免嚴重碰撞�？焖俚男阅芎蜏蚀_的成像讓AR/VR應用能夠實(shí)時(shí)渲染場(chǎng)景，從而提升用戶(hù)體驗。 AR0144具有高度的靈活性，可選擇主圖像/視頻、觸發(fā)幀/單幀以及自動(dòng)觸發(fā)操作模式。曝光時(shí)間通過(guò)雙線(xiàn)串行接口進(jìn)行控制，列框選尺寸和消隱時(shí)間配置令分辨率和幀率（全分辨率時(shí)達到60fps）可調整，以覆蓋應用所需的任何興趣區（ROI）。 該傳感器提供單色和彩色版本。由于像素尺寸減小，傳感器比前幾代產(chǎn)品縮小了50％。5.6 mm x 5.6 mm芯片尺寸或裸片格式可選，使超小方案能夠輕松地嵌入空間受限的手持或便攜設備。 總結 隨著(zhù)傳感轉向完全基于視覺(jué)的系統，使得互聯(lián)設備能夠真正“看到”并解讀其環(huán)境，全局快門(mén)技術(shù)代表了在產(chǎn)出高質(zhì)量圖像方面邁出的重要一步，即使在具有挑戰性的條件下也是如此。 市場(chǎng)永遠不會(huì )停滯不前，而且對更高分辨率傳感器的需求將不斷增長(cháng)，以解決更多細節問(wèn)題。安森美半導體就是在這一領(lǐng)域持續創(chuàng )新的一個(gè)例子，安森美半導體正在開(kāi)發(fā)更為先進(jìn)且功能全面的全局快門(mén)傳感器。 |
