CMOS 图像传感器：技术革新不止，新品接踵而来
发表时间:2024-09-18
电子发烧友网消息，CMOS 图像传感器一般由像敏单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、AD 转换器、数据总线输出接口、控制接口等构成，且通常集成于同一块硅片。其工作过程大致分为复位、光电转换、积分以及读出等阶段。
CMOS 图像传感器的每个像素包含感光二极管、浮动式扩散层、传输电极门以及起放大作用的 MOSFET 等元件。在曝光阶段，感光二极管进行光电转换，生成信号电荷。曝光结束后，信号电荷被传送至浮动式扩散层，再由 MOSFET 电极门拾取，最终将电荷信号转变为电压信号。
CMOS 图像传感器的主要技术方向
当前，CMOS 图像传感器市场主要有以下几个技术方向。其一，像素提升与尺寸优化。随着消费者对图像质量需求的不断攀升，CMOS 图像传感器厂商持续追求更高像素数。大尺寸传感器可捕获更多光线，提升图像清晰度与动态范围。在智能手机领域，部分高端机型已采用 1 英寸甚至更大尺寸的传感器。
其二，背照式与堆栈式结构。相较于传统前照式传感器，背照式结构将光电二极管置于硅片上层，使光线能直接照射到光电二极管，提高光线利用效率，增强感光性能。在此基础上，堆栈式结构将电路层移至感光元件底层，缩小芯片整体面积，优化电路噪声抑制，实现更高图像质量与更快处理速度。
其三，动态范围与低光性能。为获取更好的图像质量，CMOS 图像传感器厂商不断研发新的 HDR 技术，如多帧合成、高低转换增益电路（DCG）等，提升传感器动态范围。通过优化像素结构、提高光电转换效率以及采用先进信号处理技术，CMOS 图像传感器在低光环境下的表现显著提升。
其四，高速读取与全局快门。为满足视频拍摄和高速运动捕捉需求，CMOS 图像传感器需具备较快读取速度。堆栈式结构和全局快门技术的应用有助于提高传感器读取速度。全局快门技术可同时曝光整个传感器阵列的所有像素，避免滚动快门可能产生的扭曲和变形，在高速摄影、工业检测等领域应用广泛。
其五，智能化与集成化。为提升图像处理效率和效果，部分 CMOS 图像传感器开始集成 AI 处理单元，可实时分析图像内容，优化拍摄参数，实现更智能的摄影体验。
思特威、长光辰芯推出高分辨率图像传感器新品
近期，多家公司发布 CMOS 图像传感器新品。例如思特威推出两款高分辨率图像传感器 ——SC635HAI 和 SC532HAI，分别拥有 6MP 和 5MP 分辨率。
作为安防市场新主流分辨率图像传感器，这两款背照式产品基于思特威 SmartClarity - 3 工艺技术打造，集成了 Lightbox IR、ColGain HDR、SmartAOV 等多项先进技术，具有高感度、高动态范围、高温成像、低功耗等优势性能。
据悉，通过背照式像素架构设计和 SFCPixel 专利技术，以及 Lightbox IR 近红外增强技术，这两款传感器在可见光与近红外波段实现了出色的感光性能，即使在黑暗环境下也能提供清晰明亮、低噪点的影像。
两款产品支持双重曝光行交叠 HDR（2 - exposure Staggered HDR）和单帧曝光 ColGain HDR 两种模式，大幅提升动态范围，能够呈现明暗细节清晰、运动无拖影的高质感画面。
得益于内部电路模块的精准化控制设计，这两款传感器均拥有卓越的低功耗性能，有助于降低摄像头整机功耗。
SC635HAI 和 SC532HAI 的高分辨率和优异性能，使其适用于安防监控和消费类 IoT 应用。在全天候、远距离监控场景，如人形侦测、车牌识别等方面，这两款传感器能提供卓越的 3K 高清夜视全彩影像，提升监控系统的识别速度和准确率。此外，它们还能满足家用 IoT 摄像头、户外太阳能 4G 摄像头等设备的节电需求。
长光辰芯近期发布了 16MP 全局快门 CMOS 图像传感器 ——GAMX4416。该产品继承了 GMAX 系列产品的低噪声、优异的 PLS 等特性，并新增了片上 binning、HDR（高动态范围）等功能。这些特性使该传感器在运动捕捉、航空测绘、AOI（自动光学检测）等领域具有更强的应用能力和更高的性能表现。
GAMX4416 有效分辨率为 4096 (H)×4096 (V)，即 16MP，可捕捉更多细节，提供更清晰的图像。采用全局快门像素设计，能有效避免运动模糊，特别适用于高速运动物体的拍摄。读出噪声低，有助于提高图像信噪比，使图像更加干净、清晰。HDR 功能使传感器在强光和弱光环境下都能保持较好的图像质量。
基于上述特性，长光辰芯的 16MP 全局快门 CMOS 图像传感器在多个领域具有广阔的应用前景。例如，在工业自动化、智能制造等领域，该传感器可用于高精度检测、图像识别等任务。在光谱学、天文学、高能物理等科学研究中，该传感器可提供高质量的图像数据支持。在广电、影视制作等领域，该传感器可用于高清摄像、无人机拍摄等场景。
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