【導讀】圖像傳感器的應用日益普及
，特別是在安防、工(gong)業(ye)和(he)汽(qi)車(che)應(ying)用(yong)領(ling)域(yu)。很(hen)多(duo)汽(qi)車(che)現(xian)在(zai)都(dou)配(pei)備(bei)了(le)至(zhi)少(shao)五(wu)個(ge)以(yi)上(shang)基(ji)於(yu)圖(tu)像(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)攝(she)像(xiang)頭(tou)。但(dan)是(shi)，圖(tu)像(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)技(ji)術(shu)不(bu)同(tong)於(yu)標(biao)準(zhun)半(ban)導(dao)體(ti)技(ji)術(shu)，存(cun)在(zai)著(zhe)一(yi)些(xie)錯(cuo)誤(wu)認(ren)知(zhi)。

摩爾定律和圖像傳感器

有些人假設著名的“摩爾定律”也適用於圖像傳感器。戈登·摩爾（Fairchild半導體公司的創始人
，Fairchild半導體現在是安森美的一部分）指出，集成電路 (IC) 上(shang)的(de)晶(jing)體(ti)管(guan)數(shu)量(liang)每(mei)兩(liang)年(nian)增(zeng)加(jia)一(yi)倍(bei)。為(wei)了(le)將(jiang)兩(liang)倍(bei)數(shu)量(liang)的(de)晶(jing)體(ti)管(guan)放(fang)置(zhi)在(zai)單(dan)個(ge)器(qi)件(jian)上(shang)，縮(suo)小(xiao)晶(jing)體(ti)管(guan)是(shi)主(zhu)要(yao)實(shi)現(xian)方(fang)式(shi)。這(zhe)種(zhong)趨(qu)勢(shi)已(yi)經(jing)持(chi)續(xu)了(le)數(shu)十(shi)年(nian)
，但(dan)近(jin)年(nian)晶(jing)體(ti)管(guan)數(shu)量(liang)增(zeng)長(chang)速(su)度(du)有(you)所(suo)減(jian)緩(huan)。晶(jing)體(ti)管(guan)密(mi)度(du)增(zeng)大(da)還(hai)導(dao)致(zhi)單(dan)位(wei)晶(jing)體(ti)管(guan)成(cheng)本(ben)降(jiang)低(di)，因(yin)而(er)很(hen)多(duo)電(dian)子(zi)係(xi)統(tong)的(de)功(gong)能(neng)越(yue)來(lai)越(yue)豐(feng)富(fu)多(duo)樣(yang)，但(dan)價(jia)格(ge)沒(mei)有(you)上(shang)漲(zhang)。

但圖像傳感器卻有所不同，因為它的一些重要部件不會隨著晶體管變小而擴增。具體來說
，圖像傳感器的光學元件比如光電二極管（將入射光轉換為電信號）和一些模擬元件（將電信號轉換為數字圖像）不bu能neng像xiang數shu字zi邏luo輯ji元yuan件jian那na樣yang簡jian單dan地di擴kuo增zeng。在zai傳chuan感gan器qi中zhong
，圖tu像xiang捕bu獲huo主zhu要yao采cai用yong模mo擬ni技ji術shu
，由you數shu字zi電dian路lu將jiang來lai自zi每mei個ge像xiang素su的de數shu字zi數shu據ju轉zhuan換huan為wei圖tu像xiang，這zhe些xie圖tu像xiang可ke以yi被bei存cun儲chu、顯示或用於人工智能機器視覺。

如果像素數量每兩年增長一倍
，同時鏡頭尺寸保持不變，那麼像素將會變小
，導致接收的光子更少。（想一下雨天的水桶，更小的水桶收集的雨滴更少）。yinci
，chuanganqibixuzaidanweimianjilingminduhejiangdizaoshengfangmianbiaoxiangengjiachuse
，cainengzaidiguangzhaotiaojianxiashengchengtongyangyouzhidetuxiang。ruguobushichuyuchanpindeyingyongchangjingxuyao，zengjiaxiangsushuliangbujinmeiyourenheyiyi，haihuidaozhidaikuanhecunchukongjianbeipozengjia，shidexitongqitabujiandechengbenshangsheng。

像素大小

僅(jin)通(tong)過(guo)像(xiang)素(su)大(da)小(xiao)不(bu)足(zu)以(yi)確(que)定(ding)像(xiang)素(su)性(xing)能(neng)。我(wo)們(men)不(bu)能(neng)想(xiang)當(dang)然(ran)地(di)假(jia)定(ding)更(geng)大(da)的(de)像(xiang)素(su)必(bi)定(ding)帶(dai)來(lai)更(geng)好(hao)的(de)圖(tu)像(xiang)質(zhi)量(liang)。盡(jin)管(guan)不(bu)同(tong)光(guang)照(zhao)條(tiao)件(jian)下(xia)的(de)像(xiang)素(su)性(xing)能(neng)非(fei)常(chang)重(zhong)要(yao)，而(er)且(qie)像(xiang)素(su)越(yue)大(da)，就(jiu)有(you)更(geng)大(da)的(de)麵(mian)積(ji)來(lai)收(shou)集(ji)光(guang)
，但(dan)這(zhe)不(bu)一(yi)定(ding)能(neng)夠(gou)提(ti)高(gao)圖(tu)像(xiang)質(zhi)量(liang)。另(ling)外(wai)還(hai)有(you)多(duo)個(ge)因(yin)素(su)也(ye)同(tong)樣(yang)重(zhong)要(yao)，包(bao)括(kuo)分(fen)辨(bian)率(lv)和(he)像(xiang)素(su)噪(zao)聲(sheng)指(zhi)標(biao)。

如(ru)果(guo)提(ti)高(gao)分(fen)辨(bian)率(lv)對(dui)應(ying)用(yong)的(de)影(ying)響(xiang)大(da)於(yu)減(jian)少(shao)單(dan)個(ge)像(xiang)素(su)的(de)影(ying)響(xiang)，那(na)麼(me)像(xiang)素(su)較(jiao)小(xiao)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)能(neng)在(zai)性(xing)能(neng)上(shang)優(you)於(yu)相(xiang)同(tong)光(guang)學(xue)麵(mian)積(ji)下(xia)像(xiang)素(su)較(jiao)大(da)的(de)傳(chuan)感(gan)器(qi)。重(zhong)要(yao)的(de)是(shi)，要(yao)確(que)保(bao)接(jie)收(shou)到(dao)光(guang)子(zi)的(de)數(shu)量(liang)的(de)能(neng)力(li)足(zu)以(yi)形(xing)成(cheng)高(gao)質(zhi)量(liang)圖(tu)像(xiang)，因(yin)而(er)像(xiang)素(su)靈(ling)敏(min)度(du)（光電轉換效率）和應用環境非常重要。

在為應用選擇傳感器時，像素大小是個考慮因素。但是，人們可能過於誇大了它的重要性；它ta隻zhi是shi多duo個ge參can數shu中zhong的de一yi個ge，對dui於yu其qi他ta幾ji個ge參can數shu，也ye應ying給gei予yu同tong樣yang的de認ren真zhen考kao量liang。選xuan擇ze傳chuan感gan器qi時shi，設she計ji人ren員yuan必bi須xu考kao慮lv目mu標biao應ying用yong的de所suo有you要yao求qiu
，然ran後hou在zai速su度du、靈敏度、圖像質量上找到理想平衡，以實現合適的設計解決方案。

大小像素設計

在(zai)很(hen)多(duo)應(ying)用(yong)中(zhong)，盡(jin)可(ke)能(neng)地(di)擴(kuo)展(zhan)動(dong)態(tai)範(fan)圍(wei)具(ju)有(you)重(zhong)要(yao)價(jia)值(zhi)，有(you)助(zhu)於(yu)在(zai)最(zui)終(zhong)圖(tu)像(xiang)中(zhong)正(zheng)確(que)渲(xuan)染(ran)陰(yin)影(ying)和(he)高(gao)光(guang)，但(dan)這(zhe)對(dui)於(yu)圖(tu)像(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)可(ke)能(neng)具(ju)有(you)很(hen)大(da)的(de)挑(tiao)戰(zhan)性(xing)。有(you)些(xie)公(gong)司(si)采(cai)用(yong)了(le)一(yi)種(zhong)名(ming)為(wei)“大小像素”的技術，目的是解決為光電二極管創造更多容量的難題，以便在二極管“飽和”之前收集電子。

在大小像素方法中

，專用於單個像素的傳感器區域被分為兩個部分：較(jiao)大(da)的(de)光(guang)電(dian)二(er)極(ji)管(guan)覆(fu)蓋(gai)大(da)多(duo)數(shu)區(qu)域(yu)，較(jiao)小(xiao)的(de)光(guang)電(dian)二(er)極(ji)管(guan)使(shi)用(yong)剩(sheng)餘(yu)區(qu)域(yu)。較(jiao)大(da)的(de)光(guang)電(dian)二(er)極(ji)管(guan)收(shou)集(ji)更(geng)多(duo)光(guang)子(zi)，在(zai)明(ming)亮(liang)光(guang)照(zhao)條(tiao)件(jian)下(xia)很(hen)容(rong)易(yi)飽(bao)和(he)。較(jiao)小(xiao)的(de)光(guang)電(dian)二(er)極(ji)管(guan)可(ke)以(yi)暴(bao)露(lu)更(geng)長(chang)時(shi)間(jian)而(er)不(bu)會(hui)飽(bao)和(he)
，因(yin)為(wei)可(ke)用(yong)於(yu)收(shou)集(ji)光(guang)子(zi)的(de)麵(mian)積(ji)較(jiao)小(xiao)。可(ke)以(yi)形(xing)象(xiang)地(di)將(jiang)它(ta)們(men)類(lei)比(bi)為(wei)使(shi)用(yong)水(shui)桶(tong)和(he)水(shui)瓶(ping)來(lai)收(shou)集(ji)雨(yu)滴(di)。水(shui)桶(tong)通(tong)常(chang)是(shi)頂(ding)部(bu)比(bi)底(di)部(bu)更(geng)寬(kuan)
，因(yin)而(er)可(ke)以(yi)非(fei)常(chang)高(gao)效(xiao)地(di)收(shou)集(ji)雨(yu)滴(di)，比(bi)水(shui)瓶(ping)更(geng)快(kuai)地(di)裝(zhuang)滿(man)
；ershuipingkaikouxiao，pingshenbijiaokuan，shoujiqilaibijiaoman。zaidiguangzhaotiaojianxiashiyonggengdadexiangsu
，zaimingliangguangzhaotiaojianxiashiyonggengxiaodexiangsu，keyixingchengkuozhandedongtaifanwei。

圖 1：複雜的半導體，從光子到圖像輸出

安(an)森(sen)美(mei)為(wei)單(dan)個(ge)像(xiang)素(su)增(zeng)加(jia)了(le)一(yi)個(ge)區(qu)域(yu)，讓(rang)多(duo)出(chu)來(lai)的(de)信(xin)號(hao)或(huo)電(dian)荷(he)能(neng)夠(gou)溢(yi)出(chu)到(dao)該(gai)區(qu)域(yu)
，從(cong)而(er)解(jie)決(jue)了(le)上(shang)述(shu)問(wen)題(ti)。想(xiang)象(xiang)一(yi)下(xia)，我(wo)們(men)使(shi)用(yong)水(shui)桶(tong)來(lai)接(jie)雨(yu)滴(di)，然(ran)後(hou)有(you)一(yi)個(ge)更(geng)大(da)的(de)盆(pen)來(lai)接(jie)住(zhu)從(cong)水(shui)桶(tong)溢(yi)出(chu)的(de)水(shui)。“水桶”信xin號hao易yi於yu讀du取qu

，具ju有you很hen高gao的de精jing度du，因yin而er我wo們men能neng夠gou達da到dao良liang好hao的de低di光guang照zhao性xing能neng，更geng大da的de盆pen則ze容rong納na了le溢yi出chu的de所suo有you信xin號hao
，從cong而er擴kuo展zhan了le動dong態tai範fan圍wei。這zhe樣yang
，整zheng個ge像xiang素su區qu域yu用yong於yu低di光guang照zhao條tiao件jian
，而er不bu會hui在zai明ming亮liang光guang照zhao條tiao件jian下xia出chu現xian飽bao和he。飽bao和he會hui降jiang低di圖tu像xiang質zhi量liang
，例li如ru會hui使shi顏yan色se失shi真zhen，清qing晰xi度du下xia降jiang。安an森sen美mei的de超chao級ji曝pu光guang技ji術shu可ke在zai高gao動dong態tai範fan圍wei場chang景jing中zhong提ti供gong更geng好hao的de圖tu像xiang質zhi量liang，適shi用yong於yu人ren眼yan視shi覺jiao和he機ji器qi視shi覺jiao應ying用yong。

圖 2：XGS 16000 是一款 1600 萬像素 CMOS 圖像傳感器

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