讓子彈飛一會兒——探究海圖微電子的全局快門技術(shù)

   電影場景中，時(shí)常用特效去特意慢放一些快速運(yùn)動的鏡頭，將一閃而過的瞬間用每一幀記錄下來。在現(xiàn)實(shí)中可以做到嗎？答案是肯定的。這就不得不提到海圖微電子CMOS圖像傳感器芯片的看家本領(lǐng)：全局快門技術(shù)。在我們高速、高幀率的全局快門CMOS圖像傳感器芯片的眼中，你完全跟得上李小龍的左手右手一個(gè)慢動作，看得清電風(fēng)扇的每一片扇葉，連子彈都可以飛好一會兒。所以，如果這世界上真的有“火云邪神”，那他的眼睛一定是全局快門的。

   一、什么是“全局快門”

   全局快門（Global Shutter）的核心是“同步”——圖像傳感器芯片上所有像素同時(shí)開始曝光、同時(shí)結(jié)束，就像相機(jī)給整個(gè)場景拍“集體快照”。而常見的卷簾快門（Rolling Shutter），是從上到下逐行曝光，就像拉窗簾一樣，由于每行像素的拍攝存在時(shí)間差，高速運(yùn)動的物體就會變形。舉個(gè)例子，拍高速旋轉(zhuǎn)的風(fēng)扇，卷簾快門會讓風(fēng)扇葉片扭曲，出現(xiàn)“果凍效應(yīng)”。而全局快門則能清晰定格風(fēng)扇葉片的轉(zhuǎn)動細(xì)節(jié)，這就是全局快門同步曝光的魔力。

   憑借全局快門的這一核心優(yōu)勢，徹底告別果凍效應(yīng)，運(yùn)動物體成像零畸變，適合體育攝影、高速抓拍；支持多設(shè)備同步拍攝，比如無人機(jī)編隊(duì)、工業(yè)檢測的多相機(jī)協(xié)同；成像精度高，邊緣銳利，滿足工業(yè)檢測、交通違章抓拍的精準(zhǔn)需求。

   二、電荷域 vs 電壓域

   全局快門的核心是“先存后讀”——曝光后先把圖像信號存起來，再逐行讀取。根據(jù)存儲方式，主要分兩種技術(shù)：電荷域全局像素和電壓域全局像素。

   1、電荷域全局像素：原理是把光轉(zhuǎn)化的電荷信號直接存入專用電容，再進(jìn)行圖像信號讀取。

   優(yōu)點(diǎn)：無電壓轉(zhuǎn)換損耗，信噪比高，低光環(huán)境下畫質(zhì)更干凈；

   缺點(diǎn)：電荷容易泄漏，像素內(nèi)部需增加擋光結(jié)構(gòu)隔絕寄生光的影響，對工藝要求高，像素密度難提升。

   2、電壓域全局像素：原理是先把光轉(zhuǎn)化的電荷信號轉(zhuǎn)換成電壓信號，再將電壓信號存入專用電容，最后進(jìn)行圖像信號讀取。

   優(yōu)點(diǎn)：讀取速度快，抗泄漏能力強(qiáng)，無需擋光結(jié)構(gòu)，像素密度較高；

   缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)換過程會引入少量噪聲，動態(tài)范圍略低于電荷域。

   工業(yè)場景多用電荷域方案，追求高畫質(zhì)；而高速抓拍設(shè)備更青睞電壓域，看重響應(yīng)速度。不過，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展、工藝能力的不斷提升，兩個(gè)派系的基本功越來越扎實(shí)，都在彌補(bǔ)自己的短板。所以，在目前絕大多數(shù)的市場應(yīng)用中，既有電荷域的產(chǎn)品，也有電壓域的產(chǎn)品。

   三、海圖微電子的全局快門系列產(chǎn)品

   全局快門芯片不再是專業(yè)設(shè)備的專屬，它已全面走進(jìn)我們的生活。海圖微電子的全局快門產(chǎn)品，可廣泛應(yīng)用于工業(yè)檢測、智能交通、機(jī)器視覺、無人機(jī)、車載、運(yùn)動相機(jī)、掃碼等市場領(lǐng)域。我們推出了涵蓋不同分辨率的4M（HT401A）、5M（HT501A）、12M（HT1201A）、16M（HT1601A）等中高端機(jī)器視覺系列產(chǎn)品，同時(shí)還擁有8M（HT801，1000fps）、8M（HT802，2000fps）、2M（HT2300，2500fps）等高幀率系列產(chǎn)品。明年開始，海圖微電子將逐步推出2400萬像素以上的全新一代超大面陣的高端全局快門系列產(chǎn)品，包括24M（HT2401A）、36M（HT3601A）、64M（HT6401A）等等，滿足科學(xué)儀器、航拍測繪等的應(yīng)用需求。