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傳感器技術(shù)應用出新招 優(yōu)勢應用層出不窮
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傳感器技術(shù)應用出新招 優(yōu)勢應用層出不窮

2013-03-23 09:58:16 來源:大比特商務網(wǎng) 點擊:2431

摘要:  針對全球的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。有關(guān)專家指出,傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高,各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化,競爭也將日益激烈。

關(guān)鍵字:  傳感器技術(shù)電視傳播技術(shù),電荷

針對全球的傳感器市場在不斷變化的創(chuàng)新之中呈現(xiàn)出快速增長的趨勢。有關(guān)專家指出,傳感器領(lǐng)域的主要技術(shù)將在現(xiàn)有基礎(chǔ)上予以延伸和提高,各國將競相加速新一代傳感器的開發(fā)和產(chǎn)業(yè)化,競爭也將日益激烈。

隨著科技的不斷進步,傳感器技術(shù)應用出新招,優(yōu)勢應用層出不窮。

傳感器市場

傳感器技術(shù)應用出新招 優(yōu)勢應用層出不窮

傳感器幀積累出新招

首先要知道什么是場,什么是幀。活動電視圖像是由一幅一幅連續(xù)的且內(nèi)容變化不大的靜止圖像組成的。其中一幅靜止的圖像在電視技術(shù)上稱為“一幀”,為了保證收看圖像時不閃爍,根據(jù)人眼的視覺暫留特點(先前出現(xiàn)在人眼的圖像在圖像消失后會保留一段時間),要求每秒傳送的連續(xù)圖像達到25幀。在$電視傳輸技術(shù)中,為了進一步提高傳輸質(zhì)量,又將一幀圖像分成兩幅來傳,這時候的一幅就叫做“一場”了。所以,電視每秒傳輸50場。

在攝像機里,CCD也是按照這種方式,將景物圖像轉(zhuǎn)換成電荷形成視頻信號的。如果照度太低,拍攝目標在CCD上形成的電荷很少,則出現(xiàn)圖像不清晰甚至不能呈現(xiàn)出圖像,為了解決這個問題,現(xiàn)在可以通過數(shù)字圖像處理技術(shù)(DSP)來解決這個問題。具體做法是,在電路上增加CCD對每幀圖像的曝光時間,也就是對目標微光光生電荷進行積累,相當與在夜晚照相時,用手控快門進行拍照一樣,這樣呈現(xiàn)出圖像比較清晰。因此,有的把攝像機的這種功能叫慢快門。有時候又叫做數(shù)字慢開門。

在幀積累方式(Frame Integration Mode)中,存儲在奇數(shù)行各像素中的光生電荷在奇數(shù)場讀出,存儲在偶數(shù)行各像素中的光生電荷在偶數(shù)場讀出,每個像素的光生電荷積累時間是一幀時間,即1/25s。因為幀積累方式的光生電荷積累時間比較長,上一場的光生電荷保留在光敏成像區(qū),出現(xiàn)在下一場中,所以有一場時間的延遲,這種延遲會引起動態(tài)分辨率的下降。

在場積累方式中,兩個相鄰行的電荷加起來同時轉(zhuǎn)移到垂直CCD移位寄存器。隔行讀出是由相加電荷的組合方式的不同來實現(xiàn)的。每個像素的光生電荷積累時間是一場時間,即1/50s。因此,場積累方式的特點是:(1)沒有一場時間的延遲;(2)圖像垂直邊緣的閃爍減少;(3)寬的動態(tài)范圍和抗彌散性好;(4)垂直方向分辨率略有降低。

不管是幀積累還是場積累,由于延長了CCD的曝光時間,雖然圖像是相對清晰了,但圖像變化的實時性卻受到了影響,也就是當被拍攝的目標快速運動時,會有拖尾現(xiàn)象,圖像也表現(xiàn)為動畫效果。

傳感器優(yōu)勢凸顯:高靈敏寬動態(tài)低功耗

最新CMOS傳感器獲得廣泛應用的一個前提是其所擁有的較高靈敏度、較短曝光時間和日漸縮小的像素尺寸。像素靈敏度的一個衡量尺度是填充因子(感光面積與整個像素面積之比)與量子效率(由轟擊屏幕的光子所生成的電子的數(shù)量)的乘積。CCD傳感器因其技術(shù)的固有特性而擁有一個很大的填充因子。而在CMOS圖像傳感器中,為了實現(xiàn)堪與CCD轉(zhuǎn)換器相媲美的噪聲指標和靈敏度水平,人們給CMOS圖像傳感器裝配上了有源像素傳感器(APS),并且導致填充因子降低,原因是像素表面相當大的一部分面積被放大器晶體管所占用,留給光電二極管的可用空間較小。

所以,當今CMOS傳感器的一個重要的開發(fā)目標就是擴大填充因子。賽普拉斯(FillFactory)通過其獲得專利授權(quán)的一項技術(shù),可以大幅度地提高填充因子,這種技術(shù)可以把一顆標準CMOS硅芯片最大的一部分面積變?yōu)橐粔K感光區(qū)域。

另外,對于一個典型的工業(yè)用圖象傳感器而言,由于許多場景的拍攝都是在照明條件很差的情況下進行的,因此擁有較大的動態(tài)范圍將是十分有益的。CMOS圖像傳感器通過多斜率操作實現(xiàn)了這一目標:轉(zhuǎn)換曲線由傾度不同的直線部分所組成,它們共同形成了一個非線性特征曲線。因此,一幅場景的黑暗部分有可能占據(jù)集成模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換范圍的很大一部分:轉(zhuǎn)換特征曲線在這里最為陡峭,以實現(xiàn)高靈敏度和對比度。特征曲線上半部分的平整化將在圖像的明亮部分捕獲幾個數(shù)量級的過度曝光,并以一個更加細致的標度來表現(xiàn)它們。采用多斜率的方式來運作LUPA-4000將使高達90dB的光動態(tài)范圍與一個10位A/D轉(zhuǎn)換范圍相匹配。

具有VGA分辨率的IM-001系列CMOS圖像傳感器在此基礎(chǔ)上更進一步;它們是專為汽車應用而設(shè)計的。其像素由光電二極管組成,可提供高達120dB的自適應動態(tài)范圍。面向汽車應用的ACM100相機模塊就采用了這些傳感器,這種相機模塊據(jù)稱是同類產(chǎn)品中率先面市的全集成化相機解決方案:該視覺解決方案被看作是面向駕駛者保護、防撞、夜視支持和輪胎跟蹤導向的未來汽車安全系統(tǒng)的關(guān)鍵元件。

此外,對于獨立于電網(wǎng)的便攜式應用而言,以低功耗特性而著稱的CMOS技術(shù)還具有一個明顯的優(yōu)勢:CMOS圖像傳感器是針對5V和3.3V電源電壓而設(shè)計的。而CCD芯片則需要大約12V的電源電壓,因此不得不采用一個電壓轉(zhuǎn)換器,從而導致功耗增加。在總功耗方面,把控制和系統(tǒng)功能集成到CMOS傳感器中將帶來另一個好處:它去除了與其他半導體元件的所有外部連接線。其高功耗的驅(qū)動器如今已遭棄用,這是因為在芯片內(nèi)部進行通信所消耗的能量要比通過PCB或襯底的外部實現(xiàn)方式低得多。

傳感器市場在不斷變化中創(chuàng)新

傳感器市場容量為506億美元,2010年全球傳感器市場達600億美元以上,傳感器生產(chǎn)廠商量在攀升。就世界范圍而言,傳感器市場上增長最快的依舊是汽車市場,占第二位的是過程控制市場,看好通訊市場前景。

一些傳感器市場比如壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器、位移傳感器已表現(xiàn)出成熟市場的特征。壓力傳感器、溫度傳感器、流量傳感器的市場規(guī)模最大,分別占到整個傳感器市場的21%、19%和14%。傳感器市場的主要增長來自于無線傳感器、MEMS傳感器、生物傳感器等新興傳感器。其中,無線傳感器在2007-2010年復合年增長率預計會超過25%。

新技術(shù)的發(fā)展將重新定義未來的傳感器市場,比如無線傳感器、光纖傳感器、智能傳感器和金屬氧化傳感器等新型傳感器的出現(xiàn)與市場份額的擴大。

此外,中國傳感器產(chǎn)業(yè)正處于由傳統(tǒng)型向新型傳感器發(fā)展的關(guān)鍵階段,它體現(xiàn)了新型傳感器向微型化、多功能化、數(shù)字化、智能化、系統(tǒng)化和網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展的總趨勢。

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