解读安森美图像传感器策略——悠久积淀，全面创新

作为智能感知技术的主要赋能者，安森美(onsemi)在图像传感器方面的布局如何？日前，在慕尼黑上海电子展上，笔者有幸采访到安森美智能感知部工业及消费应用大中华区市场经理陶志，盘点了安森美在智能感知领域的部分产品及布局。

悠久的历史与积淀

从收购算起，安森美是业界历史最为悠久的CMOS图像传感器公司，迄今已有45年以上。

这里很明显有数条主线，其中包括Cypress、Truesense、Aptina、Sensl以及其相应的前身，在传感器行业都曾经拥有过辉煌。比如Cypress的定制CMOS传感器用于ARRI 专业数字摄影机上，采用ARRI摄影机、镜头和灯光系统拍摄的电影屡次获得奥斯卡各类最佳影片、最佳摄影等奖项。

柯达更不必说，其拥有图像传感器界最多的专利和发明。比如图像传感器技术的基础之一，拜耳阵列，就是柯达科学家Bryce Bayer所发明的。

Aptina同样如此，CMOS图像传感器的发明者Eric Fossum创立了第一家CMOS商业化公司Photobit，并被美光收购，也就是后来的Aptina。

通过陆续的收购，安森美拥有了业界最多的专利组合，超过2300项，同时也拥有业界最全的产品组合。目前除了手机市场，安森美的产品遍及包括工业、汽车、消费、IoT等领域，是全球工业和车用市场排名第一的CMOS传感器供应商。

一直走在时代前沿

“安森美最擅长的就是创新性的工作。”陶志强调道。

安森美最近创新的例子是AR8022图像传感器。该器件具有嵌入式高动态范围（eHDR）功能和优化的近红外（NIR）响应对于照明条件恶劣的应用至关重要，如安防监控、随身摄像机、门铃摄像头和机器人。该传感器的低功耗架构和运动唤醒功能旨在大幅降低系统功耗。

HDR技术的主要作用是提高图像质量。通过使用HDR技术,可以增强图像中的颜色对比度和亮度,从而使图像更加鲜明、生动和真实。

目前HDR技术主要有三种，包括多次曝光、大小像素以及超级曝光。

首先针对多次曝光技术，通过长曝光来捕捉低亮度处的细节，通过中、短曝光来捕捉中高亮度处的图像。在常规像素设计的情况下，通过多次曝光技术就可以达到120dB（3次曝光） 甚至140dB（4次曝光） 的动态范围。然而一般的多次曝光技术存在不足：对于运动的物体会有运动伪色影，特别是对于LED光源，有时它能被短曝光时间捕捉到，有时候则不能，那就导致了LED闪烁不清的问题。典型的脉冲光源是LED交通灯、交通标志和汽车尾灯。

第二种是大小像素技术，这类设计的芯片上同时存在大像素和小像素，大像素来捕捉低光信息，小像素来捕捉高光信息。由于大小像素是同时曝光的，这种设计避免了运动伪影问题。然而这种技术存在大像素QE损失，以及由于大小像素QE不同、串扰等影响产生的色彩问题，需要使用者花费大量的资源和成本来进行校正，给用户带来了很大的挑战。大小像素技术是利用大像素和小像素感应光线的比例来实现HDR，目前半导体制作技术能力不允许任意的扩大或者缩小像素物理尺寸，所以大小像素技术能达到动态范围也是有限的。

在现在成本以及小型化压力下，要将同样分辨率的芯片做小，就需要使用更小的像素，大小像素方案比单像素方案更难去缩小像素尺寸。注:大小像素技术是安森美的专利，在2009年由美光公司获得。

第三种是超级曝光，安森美在Hyperlux系列中采用了该技术。通过增加额外的电路，当像素电容饱和时候，溢出的电荷继续转移到外挂的电容存储中去，从而实现了超大的满井电荷，动态范围能达到单次曝光110dB,两次曝光能达到150dB。这种方式没有LED 闪烁问题和运动伪影问题，同时还有非常好的低光照性能。

eHDR技术的称为embedded High Dynamic Range，可理解为增加处理功能的HDR。通常多次曝光的传感器会发送每一次曝光的数据给到后端处理器来进行合成，而3次曝光就需要发送3帧数据。根据计算，如果采用传统的HDR 数据传输方式，4K 3次曝光需要超过10Gbps,这对SERDES以及线缆的挑战十分巨大。

eHDR的多次曝光合成是在传感器内部进行完成的，通过内部智能拟合以及压缩功能，可以将3次曝光的20bit数据压缩成12bit数据，然后再传输给后端平台，极大的降低了系统的数据带宽。如果采用传统的HDR 数据传输方式，4K 3次曝光需要超过10Gbps,这对SERDES以及线缆的挑战十分巨大。

AR0822 就采用了eHDR（embedded High Dynamic Range）,多次曝光合成是在sensor内部进行完成的，通过内部智能拟合以及压缩功能，可以将3次曝光的20bit数据压缩成12bit数据，然后再传输给后端平台，极大的降低了系统的数据带宽。

AR0822 支持多种多次曝光合成线性化拟合功能，DLO(Digital Lateral Overflow)以及SCMAX(Smooth Combination Max)， 被称为智能拟合，这种模式降低了多次曝光合成时的亮度临界区域的噪声。

另外，多重曝光还存在运动伪影及LED闪烁问题，AR0822 的eHDR还加入了运动补偿（Motion compensation）功能来减轻这些问题。

更值得一提的是，AR0822除了eHDRTM 外，还具备WOM (Wake on Motion)功能：AR0822可以运行在极低的帧率下，当检测到画面ROI区域中有运动发生，则去唤醒SOC，恢复传感器运行到正常模式。

广泛的平台化产品组合

陶志表示，CMOS传感器用于不同领域，其对于各种特性的需求完全不同。按照大类，首先分为人眼识别和机器视觉，两种应用所对应的产品完全不同。对于机器视觉，需要的是服务于算法的客观、准确、不变形、运动识别好的成像。而服务于人眼识别的，则需要考虑包括色彩、图像质量等等，更具主观性。

不过陶志也表示，这些需求间并没有完全的界限，比如全局快门技术绝大多数用于工业应用，但人眼识别的运动抓拍过程中，也可能需要这项技术。

对于工业应用而言，对于传感器的要求也不同，甚至是同一种应用，外部环境的不同需求也迥然。“CMOS市场很复杂，需要考虑包括像素，低照度效果，外界环境光强，噪声控制，成本，功耗，温度，车规，防入侵检测等等各种要素，这就需要对产品和市场有深刻的理解，从而定义出具有架构和成本双重优势的产品。”陶志强调道。

为此，安森美的解决之道是通过平台化方式，推出基于某个技术架构的一系列产品，客户可以根据实际要求做选择。

强大的生态系统

光学系统的复杂性及分工，需要建设一个生态系统，与合作伙伴紧密配合，进行调试。在慕展现场，安森美就展示了多款与合作伙伴共同开发的方案。

另外，为了降低开发门槛，安森美和第三方分别开发出了参考设计或模块化产品，结合安森美高效率SDK，从而加速客户在智能感知领域的创新。

Fab Right策略

在图像传感器领域，安森美一直采用的是代工方式。如今，借助公司新的Fab Right策略，将成立用于生产图像传感器的Fab。

陶志表示，过去几年半导体缺货的态势也影响到了CMOS图像传感器，如今几家友商也都在积极扩充产能以应对未来需求增长。作为安森美，将采取代工+自有工厂组合的方式，通过两条腿走路，更好地在资本投资回报率、风险等级、供货周期、成本等方面进行平衡。另外，经过几年前缺货状态之后，货源的供给状况也成了客户选型时的一个重要考量。

总结

图像传感器是沟通物理世界与数字世界的一个最主要且最直观的渠道。随着AI开始在各领域开花结果，对于图像传感器的需求也与日俱增。

正如陶志一直所强调的，图像传感器的选型不能脱离实际应用，为此安森美利用在领域的深耕与积累，在底层技术、产品定义、方案整合等多角度实现创新，从而全面赋能智能感知技术。