图像传感器适用于广泛的应用

图像传感器的创新不再以提高手机和数码相机市场的相机性能为中心。仅在去年，在先进驾驶辅助系统 （ADAS） 和自动驾驶、机器视觉、安全、3D 以及增强和虚拟现实 （AR/VR） 的推动下，汽车安全应用对更好成像的需求就增加了。 以下是其中一些进展的示例。

图像传感器市场的领导者之一是 OmniVision Technologies Inc。该公司最近宣布推出首款用于汽车观察摄像头的图像传感器，具有 140-dB 高动态范围 （HDR） 和出色的 LED 闪烁抑制 （LFM），可最大限度地减少运动伪影。OX03C10 CMOS ASIL-C 汽车图像传感器具有3.0 微米的大像素尺寸，以每秒 60 帧 （fps） 的最高速率提供 1，920 × 1，280p 分辨率，从而为驾驶员提供更快的摄像头视图切换。

这要归功于该公司的 HALE（HDR 和 LFM 引擎）组合算法、Deep Well 双转换增益技术（可提供比其他 140 dB 传感器低得多的运动伪影）以及具有四次捕获的分割像素 LFM 技术。该传感器还集成了缺陷像素校正和镜头校正等基本图像处理功能。

此外，OmniVision 的 PureCel Plus-S 堆叠架构使像素性能优于非堆叠技术。该公司称其信噪比比上一代 2.5 兆像素 （MP） 观察传感器提高了 20%，这要归功于提高像素和暗电流性能的 3D 堆叠。

除了这些性能改进之外，OX03C10 还声称具有最小的尺寸、最低的功耗和最佳的微光性能，适用于高档车辆的高端观看应用。据豪威科技称，OX03C10 的功耗比任何具有 2.5-MP 分辨率的 LFM 图像传感器的功耗低 25%，并且结合小封装尺寸，即使在狭小的空间内也能放置摄像头。汽车观察应用包括后视摄像头、环视系统、摄像头监控系统和电子镜。OX03C10 图像传感器提供 a-CSP 和 a-BGA 两种封装，计划通过 AEC-Q100 2 级认证。

豪威科技还推出了首款用于驾驶员监控系统 （DMS） 的汽车级晶圆级摄像头模块。OVM9284 1-MP CameraCubeChip 模块尺寸为 6.5 × 6.5 mm，将图像传感器（3 微米像素，1/4 英寸光学格式，1，280 × 800 分辨率）、信号处理器和晶圆级光学器件集成在一个封装中，以降低设计复杂性并加快开发时间。

OmniVision 称，摄像头模块的小尺寸和低功耗（比竞争对手低约 50%）使 DMS 设计人员能够将摄像头安装在狭小的空间中并连续运行。此外，它是可回流的，这意味着它可以使用自动表面贴装设备与印刷电路板上的其他组件一起安装。

 

随着越来越多的设备需要基于上下文的人机交互，对 3D 图像传感器的需求也不断增长。这些传感器需要体积小、节能且高度可靠。Infineon Technologies AG 提供最小、功耗最低的 3D 传感器之一，用于智能手机上的人脸验证和照片效果。

针对智能手机和其他 3D 图像数据应用，英飞凌与软件和 3D 飞行时间 （ToF） 系统专家 pmdtechnologies ag 合作，声称拥有业界最小和最强大的 3D 图像传感器。今年早些时候推出的REAL3单芯片解决方案是英飞凌的第五代 ToF 深度传感器。除了 4.4 × 5.1 mm 的小尺寸外，该芯片还以低功耗提供最高分辨率的数据。

英飞凌的深度传感器或深度传感器 ToF 技术可为需要与原始图像精确匹配以及高可靠性和安全性的应用提供准确的面部、手部细节或物体的 3D 图像。引用的一个例子是使用手机或不需要银行详细信息、银行卡或收银员的设备进行支付交易，支付是通过面部识别进行的。

主要功能包括在极端光照条件下工作的能力，包括明亮的阳光和黑暗中，以及用于 AR 体验的实时全 3D 映射。该芯片还为相机应用提供了额外的选项，例如增强的自动对焦、照片和视频的散景效果以及在光线不足的情况下提高分辨率。该公司表示，英飞凌还提供优化的照明驱动器 （IRS9100C） 作为完整解决方案的一部分，可进一步提高性能、尺寸和成本。

 

对于移动 3D 光学传感系统，ams AG 推出了超灵敏的近红外 （NIR） 图像传感器，该传感器在节能方面具有巨大优势，使移动设备制造商能够延长电池运行时间。CGSS130 ¼英寸。据说 CMOS 全局快门传感器 （CGSS） 对 NIR 波长的敏感度是大多数其他图像传感器的 4 倍，能够可靠地检测 3D 传感系统中来自极低功率 IR 发射器的反射。

1.3-MP 堆叠背照式 （BSI） 传感器提供高量子效率 （QE），在 940 nm 时高达 40%，在 850 nm 时高达 58%。由于用于制造 CGSS 图像传感器的堆叠 BSI 工艺，它们提供了小尺寸——裸片尺寸为 3.8 × 4.2 毫米，GS 像素尺寸为 2.7 微米。

该传感器以 120 fps 的最大帧速率生成像素阵列为 1，080 × 1，280 的单色图像。ams 表示，这种高帧速率和全局快门操作可生成没有模糊或其他运动伪影的清晰图像。它还提供 HDR 模式，可实现超过 100 dB 的动态范围。高级功能包括外部触发、窗口化以及水平或垂直镜像。

CGSS130 NIR 传感器为支付认证、人脸识别和 AR/VR 应用提供高性能深度图。ams 表示，除了在可穿戴设备和其他由小电池供电的产品中实现人脸识别外，该传感器还支持新的应用范围，因为提高的灵敏度在相同的功率预算下扩展了测量范围。

该公司提供完整的系统解决方案——照明、传感器和软件——以帮助移动设计人员加快开发速度并使其产品与众不同。除了 NIR 传感器外，ams 还提供 NIR VCSEL 发射器、面部检测和面部匹配软件，以及用于移动 3D 传感的参考设计。

 

另一种新型图像传感器是安森美半导体的 ARX3A0，可实现用于查看和 AI 的智能视觉系统。该公司表示，具有 0.3-MP 分辨率、1:1 纵横比的数字图像传感器是同类产品中第一个专为先进和智能系统以及传统查看系统而设计的传感器。超小型（1/10 英寸光学格式）和超低功耗ARX3A0 CMOS 数字图像传感器即使在低光照条件下也能提供高性能图像捕捉和最低功耗。

图像传感器在以 30 fps 捕获图像时消耗小于 19 mW，在捕获 1 fps 时消耗 2.5 mW。它还具有高级电源管理功能，例如在检测到场景中的运动或照明变化时自动从低功耗模式唤醒。这使得传感器成为摄像头系统的主要唤醒源，从而节省了额外的系统功耗。

ARX3A0 可以捕捉 360 fps，类似于具有 BSI 卷帘快门传感器的尺寸、性能和响应度的全局快门。由于其小尺寸、方形外形和高帧率，图像传感器可用于机器视觉、人工智能和 AR/VR 应用，以及补充安全摄像头。一个应用示例是 AR/VR 谷歌，用于监控佩戴者的眼球运动，以帮助调整查看的图像。在此应用中，1/10 英寸。方形格式支持低高度模块，而 3.5 毫米芯片尺寸有助于最大化传感器的视野。

单色传感器基于采用 ON Semiconductor 的 NIR+ 技术的 560 × 560 有源像素阵列。安森美半导体表示，这使图像传感器在近红外波长下具有高灵敏度，可在无光或使用人眼无法察觉的照明时提供出色的性能。

ARX3A0 提供芯片级封装和重构晶圆芯片。可提供在安森美半导体基于 PC 的 DevWare 系统和原型模块上运行的评估板。

 

SmartSens Technology 最近推出了用于安全视频和监控应用的SC500AI 5-MP 宽屏智能图像传感器，扩展了其AI 智能传感器系列。该公司表示，下一代传感器解决了大多数具有 4:3 纵横比的 5-MP 安全摄像头传感器的挑战，这些传感器并未针对现代宽屏格式 LCD 显示器进行优化。

SmartSens SC500AI 以相同的外形尺寸通过 1，620p 16:9 5-MP 视频输出解决了这个问题。得益于该公司的SmartClarity技术，与市场上的许多 5-MP 产品相比，它的像素数量增加了 20%。这利用了传感器的全分辨率，而不是将 5-MP 4:3 图像裁剪为 4 MP 以适应 16:9 的纵横比，从而减少图像两侧的暗边和失真，以实现真正的 16： SmartSens 表示，9 宽高比包括额外 10% 的水平可视区域。

与 SmartSens 的上一代传感器相比，新型 SC500AI 将暗电流从 80˚C 时的 389 e– 降低到 210 e–。总读取噪声 （RN） 从 0.75e– 降低到 0.63e–，灵敏度水平也从 2，800 mV/lux-sec 提高到 3，680 mV/lux-sec。

这些改进归功于 SmartSens 的 SFCPixel 技术，该技术提高了高质量夜视图像的灵敏度水平。此外，该公司专有的 PixGain 技术使传感器即使在刺眼的阳光下也能实现出色的 HDR 性能。

 

旨在通过高速全局快门图像传感器实现下一代智能计算机视觉应用——在场景移动或需要 NIR 照明时捕捉无失真图像的首选——是新的 NIR 优化VD55G0 （以 640 × 600 像素分辨率捕获高达 210 fps）和VD56G3与 STMicroelectronics 的 1.5-MP（以 1，124 × 1，364 像素分辨率捕获高达 98 fps）传感器。

该公司声称 VD55G0 和 VD56G3 传感器的尺寸分别为 2.6 × 2.5 mm 和 3.6 × 4.3 mm，在分辨率方面是市场上最小的。他们还吹捧在所有波长（特别是近红外）的低像素间串扰，提供高对比度以实现卓越的图像清晰度。这些传感器经过优化，可更好地检测和识别 2D 和 3D 传感的物体。应用包括 AR/VR、同步定位和映射 （SLAM） 以及 3D 扫描。

ST 将传感器的像素尺寸、高灵敏度和低串扰归功于其图像传感器工艺技术——硅工艺创新和先进的像素架构相结合，允许在顶部芯片上使用更小的传感器像素阵列，同时保持更大的硅面积底部芯片以增加数字处理能力和特性。

先进的像素技术，包括全深沟槽隔离 （DTI），可实现极小的 2.61 × 2.61-μm 像素，在单个芯片层中结合了低寄生光灵敏度、高 QE 和低串扰。此外，意法半导体的方法允许在 BSI 芯片上使用一个小像素，以便在底部芯片上以节省空间的方式垂直堆叠光学传感器和相关信号处理电路，从而实现非常小的传感器尺寸和更多功能。

底部芯片采用 ST 的 40 纳米技术制造，并集成了数字和模拟电路。数字电路结合了硬件功能，包括从多达 336 个区域收集统计数据的曝光算法、自动缺陷校正和自动暗校准。

完全自主的低功率光流模块可以以 60 fps 的速度计算 2，000 个运动矢量。ST 表示，嵌入式矢量生成在 AR/VR 或机器人技术中具有优势，可支持 SLAM 或六自由度 （6DoF） 用例，尤其是在处理能力有限的主机系统中。

传感器支持具有可编程排序的多个帧上下文，包括全照明控制。其他功能包括集成温度传感器、I2C 快速模式+控制、缺陷校正、窗口化、分档和 MIPI CSI-2 数据接口。

索尼公司还通过最近发布的用于工业设备的IMX990 和 IMX991紧凑型短波长红外 （SWIR） 图像传感器，推出了先进的全局快门图像传感器技术。基于使用砷化铟镓 （InGaAs） 的 SWIR 图像传感器，这些传感器可以在短波长红外范围内的可见和不可见光谱中捕获图像，并提供具有最小 5 微米像素尺寸的紧凑尺寸。IMX990 和 IMX991 全局快门传感器针对开发用于检测、识别和测量等一系列应用的 SWIR 工业相机和检测设备，克服了像素小型化方面的挑战，以提供从可见光谱到 SWIR 波长的紧凑和高分辨率。

 

SWIR 图像传感器在 0.4 μm 到 1.7 μm 的宽波长范围内具有高灵敏度，这要归功于 Sony 的 SenSWIR 技术，其中光电二极管形成在 InGaAs 化合物半导体层上，并通过 Cu-Cu 连接与硅连接层，它形成了读出电路。这为在各种应用中开发相机和测试设备开辟了新机遇。

新产品还支持数字输出，与当前用于工业设备的 CMOS 图像传感器的性能相匹配，具有许多特性和功能。索尼表示，这减少了相机开发的步骤，并使多功能相机的开发更加容易。

索尼表示，Cu-Cu 连接使像素间距更小，像素尺寸为 5 微米，可以在保持 SXGA （IMX990）/VGA （IMX991） 分辨率的同时减小相机尺寸，有助于提高测试精度。 这两款器件均采用陶瓷 LGA 封装和带有内置热电冷却器的陶瓷 PGA 封装。

智能手机相机的创新也在继续。三星电子最近推出了具有 50-MP 分辨率的 ISOCELL 相机传感器，具有更大的像素、更快的 DSLR 级自动对焦速度、更明亮的图像和 8K 视频录制。具有 1.2 微米像素的ISOCELL GN1是该公司首款同时提供双像素自动对焦和 Tetracell 像素合并技术的图像传感器，可满足各种成像用户偏好，以获得具有超高分辨率或更大像素的极其详细的图像，从而获得更亮的图像弱光环境。

 

GN1 通过 1 亿个相位检测自动对焦 （PDAF） 代理提供一流的自动对焦。双像素技术将两个光电二极管并排放置在一个像素内，可以接收来自不同角度的光以进行相位检测。捕获图像时，通过合并像素内两个光电二极管的输出来创建单个像素输出。软件算法从每个光电二极管获取光信息，以产生与 100 MP 相当的图像分辨率。

三星还表示，ISOCELL GN1 可以使用 Tetracell 技术提供 2.4 微米像素，以拍摄“终极”低光照片。Tetracell 技术是一种像素合并技术，可提高像素捕获和处理更多光的能力。通过将四个像素信号合并为一个，Tetracell 将图像传感器的像素尺寸加倍至 2.4 μm，并将光敏度提高四倍，以拍摄更亮的 12.5-MP 图像。

其他功能包括智能选择最佳 ISO 的 Smart-ISO、同时捕捉多次曝光场景的实时 HDR，以及基于陀螺仪的电子图像稳定功能，即使在运动时也能拍摄清晰的图像和视频。图像传感器支持以 30 fps 的速度录制高达 8K 分辨率的视频。　　

      审核编辑：彭静