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。
 
和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 Shutter有3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CDS（correlated 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。Sony在2018的ISSCC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 S是Sony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，sensor内combine，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