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影像感測器再思考:畫素誤區

日期:2023-07-05

影像感測器的應用日益普及,特別是在安全防護、工業和汽車應用領域。很多車輛現在都配備了至少五個以上基於影像感測器的攝影機。但是,影像感測器技術不同於標準半導體技術,通常也易於導致錯誤認知。

摩爾定律和影像感測器

有些人認為著名的「摩爾定律」(Moore’s Law)也適用於影像感測器。根據摩爾(Gordon Moore)指出,IC上的電晶體數量每兩年增加一倍。為了將兩倍數量的電晶體放置在單個元件上,縮小電晶體是主要實現方式。這種趨勢已經持續了數十年,但近年電晶體數量增加速度有所減緩。電晶體密度增加還導致單位電晶體成本降低,因而很多電子系統的功能越來越豐富多樣,但價格沒有上漲。

影像感測器則有所不同,因為它的一些重要元件不會隨著電晶體變小而微縮。具體來說,影像感測器的光學元件如光電二極體(將入射光轉換為電訊號)和一些類比元件(將電訊號轉換為數位影像)並不會像數位邏輯元件那樣簡單地微縮。在感測器中,影像擷取主要採用類比技術,由數位電路將來自每個畫素的數位資料轉換為影像,這些影像可以被存儲、顯示或用於人工智慧(AI)機器視覺。

如果畫素數量每兩年增長一倍,同時鏡頭尺寸保持不變,那麼畫素將會變小,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較少)。因此,感測器必須在單位面積靈敏度和降低雜訊方面表現更加出色,才能在低光照條件下產生同樣優質的影像。如果不是出於產品的應用場景需要,增加畫素數量不僅沒有任何意義,還會導致頻寬和儲存空間被迫增加,使得系統其他元件的成本增加。


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