本文作者：安森美智能感知事業(yè)群工業(yè)感知部應用工程高級經理Open.Kai
安森美最新推出的AR0822是一顆集eHDR?、運動補償(Motion Compensation)、運動喚醒(Wake on Motion)幾大硬核功能于一體的八百萬像素的4K圖像傳感器芯片。下面讓我們來了解一下這些專業(yè)名詞吧：
動態(tài)范圍計算公式：
Smax:最大可測量到的信號，即像素飽和信號值,也就是像素的滿井電荷；
Smin:最小可偵測到的信號，即SNR=1時的信號值，也就是全黑場景下的讀出噪聲；也就是
?
多次曝光是如何來提升動態(tài)范圍的呢？
T1=Long exposure time，T2=Short exposure time.
怎么樣才能更好的處理高亮度場景呢？
這三個維度基本上就代表了目前主流的HDR技術方向。
我們來看看目前主流的幾種實現HDR的技術：
多次曝光
大小像素
超級曝光
多次曝光技術，通過長曝光來捕捉低亮度處的細節(jié)，通過中、短曝光來捕捉中高亮度處的圖像。在常規(guī)像素設計的情況下，通過多次曝光技術就可以達到120dB（3次曝光）甚至140dB（4次曝光）的動態(tài)范圍。然而一般的多次曝光技術存在不足：對于運動的物體會有運動偽色影，特別是對于LED光源，有時它能被短曝光時間捕捉到，有時候則不能，那就導致了LED閃爍不清的問題。典型的脈沖光源是LED交通燈、交通標志和汽車尾燈。
這類設計的芯片上同時存在大像素和小像素，大像素來捕捉低光信息，小像素來捕捉高光信息。由于大小像素是同時曝光的，這種設計避免了運動偽影問題。然而這種技術存在大像素QE損失，以及由于大小像素QE不同、串擾等影響產生的色彩問題，需要使用者花費大量的資源和成本來進行校正，給用戶帶來了很大的挑戰(zhàn)。大小像素技術是利用大像素和小像素感應光線的比例來實現HDR，目前半導體制作技術能力不允許任意的擴大或者縮小像素物理尺寸，所以大小像素技術能達到動態(tài)范圍也是有限的。
在現在成本以及小型化壓力下，要將同樣分辨率的芯片做小，就需要使用更小的像素，大小像素方案比單像素方案更難去縮小像素尺寸。注:大小像素技術是安森美的專利，在2009年由美光公司獲得。
通過增加額外的電路，當像素電容飽和時候，溢出的電荷繼續(xù)轉移到外掛的電容存儲中去，從而實現了超大的滿井電荷，動態(tài)范圍能達到單次曝光110dB，多次曝光能達到150dB。這種方式在110dB下沒有LED 閃爍問題和運動偽影問題，同時還有非常好的低光照性能。
如果采用傳統(tǒng)的HDR 數據傳輸方式，4K 3次曝光需要超過10Gbps，這對SERDES以及線纜的挑戰(zhàn)十分巨大。
AR0822 是eHDR?(embedded High Dynamic Range)，多次曝光合成是在sensor內部進行完成的，通過內部智能擬合以及壓縮功能，可以將3次曝光的20bit數據壓縮成12bit數據，然后再傳輸給后端平臺，極大的降低了系統(tǒng)的數據帶寬。
AR0822 支持多種多次曝光合成線性化擬合功能，DLO(Digital Lateral Overflow)以及SCMAX(Smooth Combination Max)，我們稱其智能擬合，這種模式降低了多次曝光合成時的亮度臨界區(qū)域的噪聲。
運動補償包含運動捕捉和運動糾正兩個模塊，運動捕捉模塊來捕捉T1和T2之間的運動值（對每一個pixel進行motion mask的計算）,運動糾正模塊使用motion mask來對T1數據進行運動補償。
例圖：上路實拍，可以看出AR0822出色的HDR效果，以及極好的低亮度性能。注：圖片截取自視頻流。
而其杰出的motion detect ROI 則進一步降低功耗：我們對畫面進行運動捕捉block 分區(qū)，只關注開啟區(qū)域的運動檢測，像典型的可視門鈴，上圖中場景內存在樹木花草，一旦有什么“風吹草動”或者小動物經過，很可能系統(tǒng)就開啟誤報，而可編程的運動捕捉區(qū)域，可以很好的降低這種誤報。配合PIR，通過sensor自帶的運動捕捉和超級低功耗模式，可以讓整機系統(tǒng)電池使用時間延長50倍。
先進的CMOS圖像傳感器技術的發(fā)展，將不斷推動視覺產品的創(chuàng)新和進步。無論是在工業(yè)自動化、汽車安全、醫(yī)療診斷等領域，這一技術都將扮演著越來越重要的角色。安森美的AR0822傳感器集eHDR?、運動補償、運動喚醒幾大硬核功能于一體，解決工程師在設計視覺系統(tǒng)時所面臨的動態(tài)范圍、運動偽影、LED閃爍、功耗等復雜挑戰(zhàn)，實現更多創(chuàng)新。
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?點個星標，茫茫人海也能一眼看到我?
