圖像感測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,讓圖像感測器的解析度越高、圖像品質更好、功耗更低,就讓我們來看看當前最新的發展趨勢吧!

全域快門避免果凍效應產生

圖像感測器已經發展多年,最早期以CCD技術為主,應用在各式各樣的攝影機,但隨著可攜式裝置越來越重視產品的使用時間,以及產品數位化風潮的帶動,因此更為省電、易於整合的CMOS技術逐漸成為主流,廣泛使用於各式各樣的數碼相機、攝影機與手機等電子產品。

上述兩種影像感測技術,在影像品質上並沒有太大的優劣之分。不過,在同等條件下,CMOS感光元件所用的元件數相對更少,從而功耗較低,資料吞吐速度也比CCD更高。由於數碼相機CMOS感光元件可以直接製作在主機板電路上,因此它的訊號傳輸距離較CCD短,電容、電感和寄生延遲降低。此外,CMOS的製造成本也比CCD感測器低,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感測器則會因為採用滾動快門(rolling shutter),對高速移動的物件拍攝時,會產生不好的果凍效應(Jello Effect)。這是因為CMOS感光元件在記錄光電訊號時需要逐行掃描,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。因此在讀取第一行訊號跟最後一行訊號之間,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資料,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記憶體的技術提升,兩者兼備不再是做不到的事情,因此便有了全域快門(Global Shutter)的誕生。

以下便以安森美半導體所推出的應用於Oculus Rift VR設備中的AR0134圖像感測器為例,這是一款工業級1/3”百萬像素全域快門感測器,可用於條碼掃描、3D掃描、位置跟蹤、虛擬實境(VR)、擴增實境(AR)、生物識別及機器視覺等應用,其採用3.75µm像素設計,解析度可達1.2Mp (1280×960),可提供絕佳的微光性能,線性擷取技術,支援720p 60 fps的高清影片輸出,可支援影片/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,支援並行和串行輸出,這是第3代全域快門技術,可提供最高能效的全域快門像素,靈敏度可達6.1V/lux-sec,全解析度時可達45 fps,支援720p 60 fps影片應用,並可搭配外部LED或閃光燈,此外,情境切換(Context Switching)功能則可支援不同成像需求的應用,利用單一來源來進行有效運行。

安森美半導體專注於卓越提升像素性能,為感測器卓越的圖像品質和性能奠定了基礎。AR0134感測器整合了安森美半導體的高性能全域快門技術,將高速圖像擷取整合到1/3”光學格式的高清(HD)設備中。具有卓越的低光性能的3.75微米全域快門像素可以捕捉動作,而不會產生一般滾動快門像素通常會產生的果凍效應。

在虛擬實境與擴增實境應用的推波助瀾之下,圖像感測器市場的發展更形快速,隨著技術的進步,讓圖像感測器無論在拍攝品質、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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