首页 / 行业
计算摄影大行其道，图像传感器还有提升的必要吗？
2022-12-20 01:18:00
尽管消费市场的图像传感器内卷不止，随着计算摄影的发展，不少人开始猜测，计算摄影是否可以成为解决一切的问题的方案？但各种不同的应用证明，图像传感器作为一个面世已久又无处不在的元件，单靠计算摄影还是没办法实现全方位的提升。
动态范围
作为一个成像元件，图像传感器的动态范围决定了明暗部分所能展示出来的细节。对于车载图像传感器来说，动态范围可谓至关重要，这也是为何目前这类图像传感器都选了往高动态范围上发力。
比如在逆光或者隧道出入口这种明暗反差对比较大的场景中，如果图像传感器不能准确获取高动态范围的信息，就很容易出现亮部或暗部细节丢失的情况，这在ADAS场景中是需要极力避免的。人眼的动态范围在100db，却也会在逆光场景中出现信息丢失的情况，所以车载图像传感器需要更高的动态范围。诸如思特威的SC850AT、豪威的OX03J10、安森美的AR0820等汽车传感器，都可以做到140dB的动态范围。
Alex 35的图像传感器 / Arri
与此同时，动态范围对于专业摄影设备来说同样重要，虽说这种设备产出的影视作品也是交给人眼来感知的，但更大的动态范围意味着更多的明暗和色彩信息被记录下来，在后期制作的调整空间也更大。比如索尼的VENICE 2专业8K摄影机用到了他们自研的图像传感器，该传感器可以实现16档的动态范围，约合100dB。而Arri的Alexa 35专业摄影机则用到了安森美的ALEV 4 4.6K图像传感器，可以实现高达17档的动态范围。
量子效率和感光面积
在天文观测和深空/行星摄影这样的特殊应用中，感光能力最为重要，往往我们认为ISO才是影响感光能力的参数，但它只是影响信号器放大倍率而已，真正影响其感光性能应当是量子效率，也就是我们常说的QE。
GSENSE1081BSI / 长光辰芯
长光辰芯就在近日推出了超大靶面的背照式可拼接sCMOS图像传感器GSENSE1081BSI，具备8100万的超高像素，可以实现最高大于95%的峰值量子效率。因为QE决定了进入感光区域的光子有多少概率产生电信号，所以高量子效率对于捕获深空天体微弱信号至关重要。
除此之外，由于这类传感器的超大感光面积，在拍摄时景深极浅。我们可以与当下手机的图像传感器对比，小米和Vivo新机都用上的IMX989传感器尺寸为13.1mm x 9.8mm，而长光辰芯的GSENSE1081BSI感光面积达到了89mm x 91.2mm，近乎前者的64倍。这就对图像传感器本身的制备提出了更高要求，一旦表面存在不平整的情况，就很容易出现失焦的情况，所以长光辰芯用到了表面平整度较高的碳化硅基底。
快门
然而，对于一些高速工业场景来说，动态范围、量子效率或感光度等参数其实都不是最重要的参数，反而是实现高速拍摄作为第一要求。但这并不是单纯实现高拍摄速度，而忽略成像质量。传统的滚动快门（卷帘快门）在噪声、动态范围和感光度上都有着优异的成绩，但在捕捉高速移动的对象时，难免还是会有些吃力。
滚动快门在进行高速拍摄时，快速移动的物体往往会产生失真形变，这是因为不同位置像素的逐行采样时间不同造成的，也就是我们常说的果冻效应。虽说如今的堆栈式背照传感器已经实现了很高的读取速度，但也只是解决了我们日常生活中常见的高速移动场景，工业系统中存在着更多高速移动的场景，所以这才有了全局快门传感器的出现。
全局快门在同一时间采集所有的像素，再将光信号转换成电信号，就解决了高速拍摄时的失真问题。但全局快门也有一个取舍的问题，那就是对全像素的采取对处理器都提出了更高的要求，所以往往要做到超高速就要牺牲别的参数，比如高像素、低功耗等等。
像索尼的IMX661-AAMR就可以做到1.27亿的超高像素，但最大帧率就只能降低至21fps，而长光辰芯的GMAX32152可以做到1.52亿像素，最高帧率也被限制在了16fps。Phantom 的超高速摄影机TMX 7510虽然可以支持到最高30万的FPS，但其全局快门CMOS还是撑不起这样的高速度记录，因此限制在了1280x192和640x384这样的低分辨率下，要想输出1280x800这样的分辨率就只能降至76000fps，像素也只有百万而已。
但这样的像素对于一些运动跟踪应用来说已经绰绰有余了，比如AR/VR设备。如今的AR/VR加上元宇宙概念的出现，也对需要运动检测的头戴设备提出了更高的要求，所以豪威也推出了0G0VE这一全局快门图像传感器方案，可以在VGA的分辨率下实现240fps的帧率，功耗却低至68mW。
小结
从以上几个指标的应用场景可以看出，图像传感器还有很大的性能提升空间，而这些并非计算摄影在短时间内能够解决的问题，甚至因为追求成像数据真实性而不可能去解决的问题。但计算摄影也并非都是用于美颜或景深计算的，在一些机器视觉应用中，计算摄影反而能大幅提高我们的工作效率。所以，未来计算摄影与图像传感器双管齐下才是最完美的方案。
动态范围
作为一个成像元件，图像传感器的动态范围决定了明暗部分所能展示出来的细节。对于车载图像传感器来说，动态范围可谓至关重要，这也是为何目前这类图像传感器都选了往高动态范围上发力。
比如在逆光或者隧道出入口这种明暗反差对比较大的场景中，如果图像传感器不能准确获取高动态范围的信息，就很容易出现亮部或暗部细节丢失的情况，这在ADAS场景中是需要极力避免的。人眼的动态范围在100db，却也会在逆光场景中出现信息丢失的情况，所以车载图像传感器需要更高的动态范围。诸如思特威的SC850AT、豪威的OX03J10、安森美的AR0820等汽车传感器，都可以做到140dB的动态范围。
Alex 35的图像传感器 / Arri
与此同时，动态范围对于专业摄影设备来说同样重要，虽说这种设备产出的影视作品也是交给人眼来感知的，但更大的动态范围意味着更多的明暗和色彩信息被记录下来，在后期制作的调整空间也更大。比如索尼的VENICE 2专业8K摄影机用到了他们自研的图像传感器，该传感器可以实现16档的动态范围，约合100dB。而Arri的Alexa 35专业摄影机则用到了安森美的ALEV 4 4.6K图像传感器，可以实现高达17档的动态范围。
量子效率和感光面积
在天文观测和深空/行星摄影这样的特殊应用中，感光能力最为重要，往往我们认为ISO才是影响感光能力的参数，但它只是影响信号器放大倍率而已，真正影响其感光性能应当是量子效率，也就是我们常说的QE。
GSENSE1081BSI / 长光辰芯
长光辰芯就在近日推出了超大靶面的背照式可拼接sCMOS图像传感器GSENSE1081BSI，具备8100万的超高像素，可以实现最高大于95%的峰值量子效率。因为QE决定了进入感光区域的光子有多少概率产生电信号，所以高量子效率对于捕获深空天体微弱信号至关重要。
除此之外，由于这类传感器的超大感光面积，在拍摄时景深极浅。我们可以与当下手机的图像传感器对比，小米和Vivo新机都用上的IMX989传感器尺寸为13.1mm x 9.8mm，而长光辰芯的GSENSE1081BSI感光面积达到了89mm x 91.2mm，近乎前者的64倍。这就对图像传感器本身的制备提出了更高要求，一旦表面存在不平整的情况，就很容易出现失焦的情况，所以长光辰芯用到了表面平整度较高的碳化硅基底。
快门
然而，对于一些高速工业场景来说，动态范围、量子效率或感光度等参数其实都不是最重要的参数，反而是实现高速拍摄作为第一要求。但这并不是单纯实现高拍摄速度，而忽略成像质量。传统的滚动快门（卷帘快门）在噪声、动态范围和感光度上都有着优异的成绩，但在捕捉高速移动的对象时，难免还是会有些吃力。
滚动快门在进行高速拍摄时，快速移动的物体往往会产生失真形变，这是因为不同位置像素的逐行采样时间不同造成的，也就是我们常说的果冻效应。虽说如今的堆栈式背照传感器已经实现了很高的读取速度，但也只是解决了我们日常生活中常见的高速移动场景，工业系统中存在着更多高速移动的场景，所以这才有了全局快门传感器的出现。
全局快门在同一时间采集所有的像素，再将光信号转换成电信号，就解决了高速拍摄时的失真问题。但全局快门也有一个取舍的问题，那就是对全像素的采取对处理器都提出了更高的要求，所以往往要做到超高速就要牺牲别的参数，比如高像素、低功耗等等。
像索尼的IMX661-AAMR就可以做到1.27亿的超高像素，但最大帧率就只能降低至21fps，而长光辰芯的GMAX32152可以做到1.52亿像素，最高帧率也被限制在了16fps。Phantom 的超高速摄影机TMX 7510虽然可以支持到最高30万的FPS，但其全局快门CMOS还是撑不起这样的高速度记录，因此限制在了1280x192和640x384这样的低分辨率下，要想输出1280x800这样的分辨率就只能降至76000fps，像素也只有百万而已。
但这样的像素对于一些运动跟踪应用来说已经绰绰有余了，比如AR/VR设备。如今的AR/VR加上元宇宙概念的出现，也对需要运动检测的头戴设备提出了更高的要求，所以豪威也推出了0G0VE这一全局快门图像传感器方案，可以在VGA的分辨率下实现240fps的帧率，功耗却低至68mW。
小结
从以上几个指标的应用场景可以看出，图像传感器还有很大的性能提升空间，而这些并非计算摄影在短时间内能够解决的问题，甚至因为追求成像数据真实性而不可能去解决的问题。但计算摄影也并非都是用于美颜或景深计算的，在一些机器视觉应用中，计算摄影反而能大幅提高我们的工作效率。所以，未来计算摄影与图像传感器双管齐下才是最完美的方案。
最新内容
| 手机 |
相关内容
华为公开半导体芯片专利：可提高三维
华为公开半导体芯片专利：可提高三维存储器的存储密度，专利,存储密度,存储器,芯片,存储单元,调整，华为是全球领先的信息与通信技术解
光耦仿真器简介和优势
光耦仿真器简介和优势，仿真器,参数,接收器,设计方案,耦合,器件，光耦仿真器是一种用于模拟光耦合器件的工具，它可以帮助工程师在设计
苹果即将推出Mac系列新品，或搭载3nm
苹果即将推出Mac系列新品，或搭载3nm M3芯片，芯片,搭载,推出,全新,市场,研发，近日，有关苹果即将推出新一代Mac系列产品的消息引起了广
芯片迈向系统化时代：EDA软件的创新
芯片迈向系统化时代：EDA软件的创新之路，时代,芯片,形式,支持,性能,验证，芯片设计是现代科技领域的重要组成部分，它涉及到电子设计自动
Arbe 4D成像雷达以高分辨率雷达技
Arbe 4D成像雷达以高分辨率雷达技术和先进处理技术消除“幽灵刹车”问题，刹车,成像,分辨率,系统,目标,数据，Arbe 4D成像雷达是一种
清华大学研发光电融合芯片，算力超商
清华大学研发光电融合芯片，算力超商用芯片三千余倍，芯片,研发,商用,测试,计算,科学研究，近日，清华大学发布了一项重要科研成果，他们成
美光低功耗内存解决方案助力高通第
美光低功耗内存解决方案助力高通第二代骁龙XR2平台，解决方案,助力,低功耗,内存,美光,第二代，随着虚拟现实（VR）和增强现实（AR）技术的迅猛
黑芝麻智能助力亿咖通科技旗下首款
黑芝麻智能助力亿咖通科技旗下首款智能驾驶计算平台成功量产交付，智能驾驶,计算,助力,首款,交付,智能，近年来，智能驾驶技术逐渐成为
