从更高分辨率到零运动伪影——图像传感器的新发展

随着CMOS和像素合并技术的进步，相关公司现在正在制造新型图像传感器，以消除运动伪影并拥有更高的分辨率，更好的动态范围和更高的性能。

本文讨论了业界最近推出的一些新型图像传感器产品。

像素合并技术成为焦点

因为小像素尺寸无法捕获那么多的光，所以使用像素合并技术制作超像素可以解决这个问题。像素合并是获取图像传感器中的相邻像素并将它们组合在一起以形成超像素簇的过程。更重要的是，像素合并技术提高了像素的感光度，以产生更清晰、噪点更少的弱光图像。

ISOCELL HP2 图像传感器的特写视图。图片由三星提供

三星最近利用其像素合并技术 Tetra2pixel制造了 200MP（2亿像素） 图像传感器 ISOCELL HP2。图像传感器允许手机制造商开发具有更高分辨率相机的智能手机等设备。ISOCELL HP2 在 1/1.3 英寸光学格式中嵌入了 2 亿个 0.6 微米 (μm) 像素，可用于 108 MP 主智能手机相机。

三星的 Tetra2pixel 技术使图像传感器能够在不同光照条件下（包括低光照环境）以最佳方式工作。例如，在光线较暗的环境中，ISOCELL HP2会自动将相邻像素合并为一个，使其可以作为单个 1.2 µm 大小相当于5000万像素或者 2.4 µm 大小，具有1250万的像素进行操作。

图像传感器中单个像素可以吸收的电子数量随着像素尺寸的减小而减少。这会影响捕获图像的色彩再现质量。为了将图像传感器的性能提升 33%，三星采用双垂直传输门 (D-VTG) 技术，使像素存储更多电子，并消除在明亮环境下运行时画面褪色的产生。

三星还在图像传感器中加入了超级 QPD 功能。这使传感器能够将其所有 2 亿像素用于低光照环境中的聚焦剂。ISOCELL HP2 拥有高帧率和减少的快门延迟。这允许更快的拍照体验。最新的三星 S23 Ultra 智能手机采用了这款图像传感器。

消除 ToF 相机中的运动伪影

由于物体和飞行时间 (ToF) 图像传感器之间的相对运动，可能会出现运动伪影。为了消除 ToF 相机中的运动伪影，Teledyne推出了 Hydra 3D+，这是一种图像传感器，集成了具有出色解调对比度的 10 μm 三抽头像素。

Hydra 3D ToF 图像传感器的特写视图。图片由Teledyne提供

Hydra 3D+ 是一款 832 x 600 像素分辨率的 CMOS 图像传感器，适用于 3D 检测和测量。该设备在近红外 (NIR) 波长范围内具有高灵敏度。

据该公司称，Hydra3D+ 可以在短距离、中距离和远距离实时捕捉快速移动的物体，而不会产生运动伪影。因此，该设备可应用于自动导引车、监控、机器人导航和工厂自动化。

图像传感器的主要特性包括片上多系统管理、强大的片上高动态范围 (HDR) 和可编程曝光时间。该公司表示，借助全新的 ToF 传感器，消费者可以享受具有最高水平 3D 性能的 3D 测量，在 2D 和 3D 模式下，以及在所有距离范围和条件下，即使在多个系统运行或在室外环境中，图像质量也不受影响。

高动态范围 CMOS 相机

同时，佳能在 1 月份发布了面向监控应用的 1.0 英寸背照式堆叠 CMOS 图像传感器。与 Teledyne 的 Hydra3+ 图像传感器一样，佳能的新图像传感器也可以捕捉没有运动伪影的图像。

传统的图像传感器执行高动态范围图像合成，以生成从不同曝光条件下的多个独立图像捕获的单个图像。由于在生成的图像中出现运动伪影，此操作通常存在缺陷。

为了解决这个问题，佳能的新型 CMOS 传感器配备了最先进的多 CPU 和其他处理电路，可将单张图像划分为 736 个不同的区域，每个区域都根据曝光时间设置最佳曝光时间。环境的亮度级别。这不仅消除了运动伪影，还消除了图像合成操作的需要。

佳能的 CMOS 传感器消除了图像合成的需要。图片由佳能提供

该产品拥有约每秒 60 帧 (fps) 的高速图像捕获和约 1260 万像素的高像素数。此外，该传感器记录了业界领先的 148 dB 高动态范围。

该设备适用于地下停车场入口和体育场入口背景监控等明亮和黑暗区域的环境。据该公司称，该设备可在约 0.1 lux 至约 2,700,000 lux 的光照水平范围内捕获图像。

EETOP编译自allaboutcircuits