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Sony第四代全局快门图像传感器
  • 分类:测试技术
  • 原作者:Maver Jiang
  • 时间:2020-10-16
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Sony2019年发布了第四代全局快门图像传感器Sony’s Pregius S。这篇文章带大家一起看看Sony新一代全局快门传感器做了哪些技术升级。并且捎带复习一下全局图像传感器技术。

 

图像传感器的作用是将光信号转换为电信号,信号随后由图像信号处理器等处理为照片或视频。CMOS图像传感器有两种快门方式,卷帘快门(rolling shutter)和全局快门(global shutter)

 

下面这幅图大家应该很熟悉,非常形象的说明了两种快门方式在拍摄快速运动物体时的差异。左图rolling shutter因为每行的pixel曝光时间差异而形成了果冻效应。



Rolling shutter:  Pixel并不在同一时间曝光,而是采用逐行曝光的方式,从而导致一帧图像内每行曝光时间的起始点有差异。

 

Global Shutter:  可以允许所有的pixel在同一时间开始和结束曝光,曝光结束后再顺序读出。因为所有Pixel曝光的时间都在同一时间点,不会有时间差,所以不会出现拍摄快速运动物体时的果冻效应。

 

rolling shutter不同,评价global shutter sensor有一个重要的参数Parasitic Light Sensitivity (PLS) 代表了当shutter结束之后,sensor的光敏感度。这个值通常用dB表示,越小越好。

 

为了实现Global Shutter, 电路的复杂程度会高于rolling shutter。实现Global Shutter3种方式。

 

  • Charge domain

光子转换为电子之后,在转换为电压信号之前,存储在memory node。这样的方式好处是可以进行CDScorrelated double sampling噪声特性好。缺点在于存储空间需要占用一部分感光面积,会减低sensor的灵敏度。

  • Voltage domain

光子转换为电子、在FD转换为电压信号,再存储在memory node。但通常来说,这种方式噪声特性不好。

  • Digital domain

这个方式是这几年随着工艺发展新提出来的,要实现digital domain global shutter,需要产生的信号可以实时输出,也就是说每个pixel需要一个单独的ADC。这种方式目前还没有商用,还停留在学术研究阶段。Sony2018ISSCC发表了学术论文,感兴趣的读者可以查阅。



回到Sony的全局快门传感器,2013年Sony发布第一颗Pregius CMOS sensor, 2.3 MP IMX174, pixel size 5.78um。相比与之前的产品,做了以下升级:

 

1:第4代Pregius SSony首次在全局快门采用BSI技术。可以在减小pixel size同时保持优良的画质,pixel size减小到2.76μm




2:更高分辨率、更高帧率

分辨率提高到24.5M,帧率也在原基础上大大提升。


3:更大的入射角度,更高灵敏度



4:功能升级

  • Pregius S支持Dual ADC,可实现一帧内High/Low analog gain读出,sensorcombine,从而实现HDR

  • 快门间隔缩短到2us

  • sensor可以输出一个信号反映真实的曝光触发时间(Eg:该信号可以用来给闪光灯同步或其他应用)






    最后附上Sony Pregius S产品清单:



--文章转载自微信公众号《大话成像》,知乎专栏《all in camera》原创文章


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Maver Jiang
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