機(jī)器之眼：圖像傳感器

　　圖像傳感器可說(shuō)是電子產(chǎn)品的眼睛，可為各種應(yīng)用提供機(jī)器視覺，雖說(shuō)這已不是新鮮的產(chǎn)品，但其相關(guān)技術(shù)仍在持續(xù)演進(jìn)當(dāng)中，讓圖像傳感器的分辨率越高、圖像質(zhì)量更好、功耗更低，就讓我們來(lái)看看當(dāng)前最新的發(fā)展趨勢(shì)吧!

　　全局快門避免果凍效應(yīng)產(chǎn)生

　　圖像傳感器已經(jīng)發(fā)展多年，最早期以CCD技術(shù)為主，應(yīng)用在各式各樣的攝像機(jī)，但隨著便攜設(shè)備越來(lái)越重視產(chǎn)品的使用時(shí)間，以及產(chǎn)品數(shù)字化風(fēng)潮的帶動(dòng)，因此更為省電、易于集成的CMOS技術(shù)逐漸成為主流，廣泛使用于各式各樣的數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)與手機(jī)等電子產(chǎn)品。

　　上述兩種影像傳感技術(shù)，在影像質(zhì)量上并沒有太大的優(yōu)劣之分。不過(guò)，在同等條件下，CMOS感光組件所用的組件數(shù)相對(duì)更少，從而功耗較低，數(shù)據(jù)吞吐速度也比CCD更高。由于數(shù)碼相機(jī)CMOS感光組件可以直接制作在主板電路上，因此它的信號(hào)傳輸距離較CCD短，電容、電感和寄生延遲降低。此外，CMOS的制造成本也比CCD傳感器低，因此目前市場(chǎng)上幾乎已經(jīng)呈現(xiàn)CMOS技術(shù)獨(dú)霸的現(xiàn)象。

　　以往的CMOS傳感器則會(huì)因?yàn)椴捎脻L動(dòng)式快門(rolling shutter)，對(duì)高速移動(dòng)的對(duì)象拍攝時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不好的果凍效應(yīng)(Jello Effect)。這是因?yàn)镃MOS感光組件在記錄光電信號(hào)時(shí)需要逐行掃描，形式是由左至右、從上至下逐點(diǎn)來(lái)記錄影像，感覺有點(diǎn)像放下窗簾。因此在讀取第一行信號(hào)跟最后一行信號(hào)之間，必存有時(shí)間差，當(dāng)拍攝快速移動(dòng)的場(chǎng)景時(shí)，會(huì)因?yàn)闀r(shí)間差的問(wèn)題，令影像傾斜變形，這就是導(dǎo)致著名的果凍效應(yīng)了。

　　果凍效應(yīng)要如何解決呢?便是不要逐點(diǎn)逐線去記錄數(shù)據(jù)，但這會(huì)影響到CMOS在高速、高效、低功耗上的表現(xiàn)，不過(guò)隨著近年處理器和內(nèi)存的技術(shù)提升，兩者兼?zhèn)洳辉偈亲霾坏降氖虑?，因此便有了全局快門(Global Shutter)的誕生。

　　以下便以安森美半導(dǎo)體所推出的應(yīng)用于Oculus Rift VR設(shè)備中的AR0134圖像傳感器為例，這是一款工業(yè)級(jí)1/3”百萬(wàn)像素全局快門傳感器，可用于條碼掃描、3D掃描、位置跟蹤、虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)、生物識(shí)別及機(jī)器視覺等應(yīng)用，其采用3.75µm像素設(shè)計(jì)，分辨率可達(dá)1.2Mp (1280x960)，可提供絕佳的微光性能，線性捕獲技術(shù)，支持720p 60 fps的高清視頻輸出，可支持視頻/單幅模式，靈活的跳行模式，具有片上自動(dòng)曝光、自動(dòng)黑電平校準(zhǔn)和統(tǒng)計(jì)引擎，支持并行和串行輸出，這是第3代全局快門技術(shù)，可提供最高能效的全局快門像素，靈敏度可達(dá)6.1V/lux-sec，全分辨率時(shí)可達(dá)45 fps，支援720p 60 fps視頻應(yīng)用，并可搭配外部LED或閃光燈，此外，情境切換(Context Switching)功能則可支持不同成像需求的應(yīng)用，利用單一來(lái)源來(lái)進(jìn)行有效運(yùn)行。

　　安森美半導(dǎo)體專注于卓越地提升像素性能，為傳感器卓越的圖像質(zhì)量和性能奠定了基礎(chǔ)。AR0134傳感器集成了安森美半導(dǎo)體的高性能全局快門技術(shù)，將高速圖像捕獲集成到1/3”光學(xué)格式的高清(HD)設(shè)備中。具有卓越的低光性能的3.75微米全局快門像素可以捕捉動(dòng)作，而不會(huì)產(chǎn)生一般滾動(dòng)快門像素通常會(huì)產(chǎn)生的果凍效應(yīng)。

　　在虛擬現(xiàn)實(shí)與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的推波助瀾之下，圖像傳感器市場(chǎng)的發(fā)展更形快速，隨著技術(shù)的進(jìn)步，讓圖像傳感器無(wú)論在拍攝質(zhì)量、功耗、效能上都有所增進(jìn)，這將讓機(jī)器之眼變得更為銳利，應(yīng)用更為廣泛，市場(chǎng)也將更為快速發(fā)展。