【導讀】在高速視覺應用的競技場中，全局快門CMOS圖像傳感器扮演著關鍵角色。當設計需要捕捉高速動態場景的方案時
，僅僅關注分辨率或幀率遠遠不夠。傳感器的核心特性——尤其是其快門機製——直接決定了能否無失真地“凍結”瞬間。深入理解全局快門在高速環境下的優勢，並權衡光學格式、動態範圍、噪聲表現（SNR）、像素架構，乃至功耗
、接口
、HDR處理能力等綜合特性，是選擇真正匹配高速需求的圖像傳感器的必經之路。

在高速視覺應用的競技場中，全局快門CMOS圖像傳感器扮演著關鍵角色。當設計需要捕捉高速動態場景的方案時，僅僅關注分辨率或幀率遠遠不夠。傳感器的核心特性——尤其是其快門機製——直接決定了能否無失真地“凍結”瞬間。深入理解全局快門在高速環境下的優勢

，並權衡光學格式、動態範圍、噪聲表現（SNR）、像素架構，乃至功耗、接口、HDR處理能力等綜合特性
，是選擇真正匹配高速需求的圖像傳感器的必經之路。

為wei了le幫bang助zhu篩shai選xuan這zhe些xie規gui格ge和he功gong能neng
，一yi個ge重zhong要yao的de考kao慮lv因yin素su是shi傳chuan感gan器qi的de預yu期qi應ying用yong。某mou些xie應ying用yong需xu要yao非fei常chang高gao的de分fen辨bian率lv來lai捕bu捉zhuo靜jing止zhi物wu體ti，而er另ling一yi些xie應ying用yong則ze需xu要yao檢jian測ce快kuai速su移yi動dong的de物wu體ti，並bing能neng夠gou再zai現xian"定格"效xiao果guo。另ling一yi個ge重zhong要yao的de應ying用yong考kao慮lv因yin素su是shi功gong耗hao要yao求qiu。對dui於yu固gu定ding安an裝zhuang情qing況kuang下xia，傳chuan感gan器qi的de功gong耗hao可ke能neng並bing不bu重zhong要yao。但dan在zai便bian攜xie式shi應ying用yong中zhong，傳chuan感gan器qi必bi須xu使shi用yong電dian池chi工gong作zuo，因yin此ci傳chuan感gan器qi的de能neng效xiao變bian得de至zhi關guan重zhong要yao。

在zai選xuan擇ze傳chuan感gan器qi時shi，最zui合he適shi的de出chu發fa點dian是shi應ying用yong的de速su度du，即ji物wu體ti移yi動dong的de速su度du。因yin為wei這zhe將jiang決jue定ding所suo需xu的de快kuai門men類lei型xing。在zai數shu字zi圖tu像xiang傳chuan感gan器qi領ling域yu，主zhu要yao隻zhi有you兩liang種zhong選xuan擇ze：卷簾快門和全局快門。

圖像傳感器注意事項

卷簾快門

數shu字zi圖tu像xiang傳chuan感gan器qi是shi按an行xing排pai列lie的de像xiang素su陣zhen列lie。使shi用yong卷juan簾lian快kuai門men圖tu像xiang傳chuan感gan器qi時shi，陣zhen列lie中zhong的de每mei一yi行xing從cong陣zhen列lie頂ding部bu到dao底di部bu依yi次ci逐zhu行xing曝pu光guang。換huan句ju話hua說shuo
，相xiang鄰lin行xing的de曝pu光guang時shi間jian略lve有you不bu同tong（稱為行時間），相鄰行之間的時間差約為10 微秒。

與卷簾快門完全不同的是，全局快門同時曝光陣列中的每個像素。這些傳感器必須具備帶有"存儲節點"的像素
，能夠在整個傳感器讀出過程中存儲電荷。卷簾快門和全局快門各有利弊。

與yu全quan局ju快kuai門men相xiang比bi
，卷juan簾lian快kuai門men更geng具ju成cheng本ben效xiao益yi且qie更geng易yi於yu實shi現xian。在zai全quan局ju快kuai門men傳chuan感gan器qi中zhong，存cun儲chu節jie點dian容rong易yi受shou到dao雜za光guang的de影ying響xiang，因yin此ci噪zao聲sheng往wang往wang會hui更geng高gao。此ci外wai，存cun儲chu節jie點dian位wei於yu像xiang素su旁pang邊bian，這zhe給gei像xiang素su尺chi寸cun帶dai來lai了le限xian製zhi。與yu此ci相xiang對dui應ying，卷juan簾lian快kuai門men的de缺que點dian是shi在zai捕bu捉zhuo快kuai速su移yi動dong物wu體ti時shi容rong易yi有you運yun動dong偽wei影ying。

由於卷簾快門陣列采用按順序曝光的方式
，因此在拍攝移動物體時會出現空間失真。同樣
，由於陣列的不同區域是在不同時間（可能是在不同的光照條件下）拍攝的，它們還可能受到不相關光照的影響。

因此，卷簾快門陣列在捕捉移動物體方麵表現不佳，但在靜態的高分辨率應用中卻是一個極佳的選擇。

全局快門

全局快門適用於卷簾快門表現不佳的場景，包括快速移動的物體
，尤其是高角速度的物體。全局快門表現出色的應用包括增強視覺(AV)、虛擬現實(VR)



、機器視覺(MV) 以及任何存在高振動的環境，如條形碼掃描儀和機器人應用。

全局快門還具有其他優點：由於整個陣列是同時曝光的
，因此全局快門可以直接與其他全局快門或光源（如閃光燈）同步。由於全局快門無需處理不相關的光照
，因此也更容易實現自動曝光控製。

全局快門性能考慮因素

評ping估gu全quan局ju快kuai門men性xing能neng的de第di一yi步bu是shi參can考kao其qi已yi展zhan示shi的de指zhi標biao。在zai評ping估gu全quan局ju快kuai門men傳chuan感gan器qi時shi，需xu要yao考kao慮lv以yi應ying用yong為wei導dao向xiang的de指zhi標biao和he以yi性xing能neng為wei導dao向xiang的de指zhi標biao。應ying用yong導dao向xiang指zhi標biao可ke幫bang助zhu您nin選xuan擇ze特te定ding產chan品pin係xi列lie中zhong適shi合he特te定ding應ying用yong的de傳chuan感gan器qi，而er性xing能neng導dao向xiang指zhi標biao則ze可ke幫bang助zhu您nin比bi較jiao不bu同tong製zhi造zao商shang的de產chan品pin。

最簡單的方法是從應用導向指標入手。由最終用途決定的五個主要指標如下：

1. 分辨率

2. 光學格式

3. 全局快門效率（GSE）

4. 幀率

5. 功耗

這五項指標的優先級將根據最終用途的具體要求而有所不同。例如，一個高分辨率的應用可能需要200萬像素（MP）的分辨率和1/2.8英寸的光學格式，而一個低分辨率的應用可能隻需要VGA分辨率和1/8英寸的光學格式。

幀率

幀率是以每秒幀數（frames per second, fps）來衡量的，它表示傳感器在一秒鍾內可以拍攝的圖像數量。拍攝移動較快的物體時需要較高的幀率，以避免模糊。

全局快門效率（GSE）

如上所述
，GSE是一個比率，表示全局快門抑製雜光的能力。它通常是在特定波長和光圈（f/stop）設置下指定的。數值越大表示性能越好。

能效

消費類應用中的低功耗優化在開發中至關重要，尤其是增強現實（AR）
、虛擬現實（VR）和混合現實（MR）頭戴設備等應用。此外

，自主移動機器人（AMR）和(he)手(shou)持(chi)式(shi)條(tiao)碼(ma)掃(sao)描(miao)器(qi)也(ye)是(shi)工(gong)業(ye)領(ling)域(yu)用(yong)電(dian)池(chi)供(gong)電(dian)設(she)備(bei)的(de)幾(ji)個(ge)例(li)子(zi)。通(tong)過(guo)提(ti)高(gao)這(zhe)些(xie)設(she)備(bei)的(de)能(neng)效(xiao)，可(ke)以(yi)顯(xian)著(zhu)延(yan)長(chang)其(qi)工(gong)作(zuo)壽(shou)命(ming)
，從(cong)而(er)減(jian)少(shao)充(chong)電(dian)頻(pin)率(lv)並(bing)改(gai)善(shan)整(zheng)體(ti)用(yong)戶(hu)體(ti)驗(yan)。其(qi)餘(yu)指(zhi)標(biao)以(yi)性(xing)能(neng)為(wei)導(dao)向(xiang)，可(ke)用(yong)於(yu)比(bi)較(jiao)不(bu)同(tong)製(zhi)造(zao)商(shang)的(de)產(chan)品(pin)。

信噪比(SNR)

信噪比以分貝（dB）為單位，並規定為一個最大值。它是衡量傳感器在微小（即低光）信號情況下性能的一種方法。數值越大

，性能越好。信噪比最大值SNRmax真實反映了線性滿阱（linear full well，LFW），或者說基本上是一個像素所能捕捉到的光子數量。

動態範圍

動態範圍也以dB 為單位
，表示最大可測量輸入信號與最小可測量輸入信號（即噪聲水平）之比。 tabiaoshichuanganqizaitongyichangjingzhongchulibutongqiangdushuruxinhaodenengli。fenbeizhiyuegaoyuehao。suidaoshixuyaogaodongtaifanweichangjingdelianghaoshili，yinweisuidaoneibukenengjiaoan，erwaibuguangxianmingliang。chuanganqixuyaonenggoushiyingzaitongyichangjingzhongdezheliangzhongqingkuang。

除了性能指標外，某些應用可能要求傳感器具有某些特性，以便能夠執行特定功能或具有獨特的能力。 並非所有的全局快門傳感器都具備這些功能。應用的要求將決定需要哪些功能，以及可以考慮哪些傳感器。

同步傳感器

全局快門一次曝光整個傳感器陣列的優點之一是
，陣列曝光的瞬間可與其他事件（如其他傳感器和閃光燈）精確同步。

通過同步傳感器的"觸發"模式，可以控製閃光燈進行精確的主動照明
，或對多台攝像頭進行同步，以實現立體或寬屏幕拍攝。

嵌入式自動曝光

自動曝光功能使得傳感器能夠根據給定的光照條件自動控製增益和曝光。自動曝光是傳感器適應動態光照條件的基本功能。

通(tong)過(guo)將(jiang)這(zhe)一(yi)功(gong)能(neng)直(zhi)接(jie)嵌(qian)入(ru)到(dao)傳(chuan)感(gan)器(qi)中(zhong)，可(ke)以(yi)加(jia)快(kuai)曝(pu)光(guang)控(kong)製(zhi)，這(zhe)樣(yang)就(jiu)能(neng)實(shi)現(xian)實(shi)時(shi)響(xiang)應(ying)，而(er)依(yi)賴(lai)主(zhu)機(ji)控(kong)製(zhi)則(ze)響(xiang)應(ying)速(su)度(du)較(jiao)慢(man)。對(dui)於(yu)大(da)多(duo)數(shu)高(gao)速(su)應(ying)用(yong)來(lai)說(shuo)，嵌(qian)入(ru)式(shi)自(zi)動(dong)曝(pu)光(guang)是(shi)必(bi)不(bu)可(ke)少(shao)的(de)。

場景切換

場景切換功能使傳感器能夠根據不同的分辨率、增益
、曝光和幀率，快速切換設置，以適應不同的成像場景。 在許多傳感器中，這些 "場景"都已存儲，並可在單個寄存器設置中動態更改。

可編程和可切換的感興趣區（regions of interest，ROI）

圖像中的區域是相關的像素集合，主要用於物體解析。ROI使傳感器能夠通過過濾掉其他部分來聚焦於某個特定區域。這是一種優化數據傳輸和處理的方法。可編程的ROI 使實時計算機視覺應用成為可能。

總結來說
，應用導向指標、xingnengdaoxiangzhibiaohetedinggongnengkeyijieheshiyong
，yibangzhucongyixiliechuanganqizhongxuanzetedingdequanjukuaimenchuanganqi，bingquedingfuhezuizhongshiyongyaoqiudechuanganqizhizaoshang。

Hyperlux SG 係列全局快門傳感器

安森美（onsemi）開發了名為Hyperlux SG 的高性能小尺寸全局快門傳感器係列，產品包括ARX383

、AR0145和AR0235。Hyperlux SG 係列傳感器將業界領先的全局快門效率（GSE）與低功耗操作相結合，是便攜式、高振動應用的理想之選。

圖 1 Hyperlux SG 圖像傳感器係列

Hyperlux SG係列采用了一種新穎且創新的全局快門像素設計，針對準確
、快速地捕捉運動場景進行了優化。無論在弱光還是明亮的場景下，都能拍攝出清晰、低噪點的圖像。

Hyperlux SG 傳感器係列具有以下特性：

· 水平/垂直鏡像、窗口化和像素合並

· 可編程感興趣區域（ROI）

· 用於同步的片內觸發模式

· 片上自動曝光

· 內置閃光燈控製

· 場景切換

· 跳行和跳列模式的靈活控製

傳感器組合的分辨率從VGA（640 x 480）到 230萬像素（1920 x 1200）不等

，光學格式從1/8 英寸到1/2.8 英寸不等，幀率高達每秒120 幀，適用於各種高速成像應用。每種規格與其他同類產品相比都具有優勢
，正是由於它們結合了卓越的性能和功能，才使得Hyperlux 係列傳感器在市場上獨樹一幟。這些傳感器非常適合高速應用
，包括條形碼掃描
、機器視覺
、AMR
、AGV
、AV/VR/MR
、無人機和3D 掃描。

圖 2. Hyperlux SG 應用領域

weilecujinchanpinjiaoyuhexitongsheji，haitigongleyigequanmiandekaifapingtai，keshixiankuaisuxitongkaifa。tabaokuowanzhengdeceshigongneng，kezaishejiqianduichanpinjinxingpinggu，bingtigongzaishejijieduanshiyongdecankaosheji。

全局快門傳感器是高速圖像應用的最佳選擇。一旦選擇了快門類型
，仍有多種規格和功能可供選擇
，以確保傳感器適合預期應用。

在評估全局快門傳感器時，必須始終牢記的一個重要考慮因素是全局快門效率（GSE）。 如果沒有足夠高的GSE，所有其他規格加在一起仍可能在圖像中產生不可接受的運動偽影。針對要求低功耗、高性能和高GSE 的應用
，安森美開發了Hyperlux SG 係列全局快門傳感器。

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