另一个减少处理负载和优化“良好”数据的功能是Teledyne e2v的专利快速曝光模式,该模式使传感器能够自动校正曝光时间,以避免照明条件变化时出现饱和。 这项功能优化了处理时间,因为它适应了单帧中光照的波动,而且这种快速反应最大限度地减少了处理器需要处理的“坏”图像的数量。
这些功能通常是特定的,需要很好地理解客户的应用程序。只要对应用程序有足够的了解,就可以设计多种其他片上功能来优化嵌入式视觉系统。
4. 减小重量尺寸以配合最小应用空间
嵌入式视觉系统的另一主要要求是能够配合狭小空间,或是重量要小,以便用于手持式设备/或延长电池推动产品的工作时间。这就是现在大部份嵌入式视觉系统使用只有1MP到5MP的低分辨率小型光学格式传感器的原因。
减小像素芯片的尺寸只是减小图像传感器占位面积和重量的第一步。现在的65nm工艺让我们能够把全局快门像素尺寸减小至2.5µm而不损光电性能。这种生产工艺使得诸如全高清全局快门CMOS图像传感器能够配合手机市场要求小于1/3英寸的规格。
减小传感器重量和占位面积的另一主要技术是缩小封装尺寸。芯片级封装在过去数年在市场迅速成长,在移动、车载电子和医疗应用中特别明显。相较用工业市场常用的传统陶瓷(Ceramic Land Grid Array,简称CLGA)封装,芯片级扇出封装能够实现更高密度连接,因而是嵌入式系统图像传感器轻量化小型化挑战的出色解决方案。例如Teledyne e2v的Emerald 2M图像传感器芯片级封装,侧高只是陶瓷封装的一半,而尺寸则减小30%。
图3 同一芯片采用CLGA封装(图左)和晶圆级扇出有机封装(图右)的比较,后者能够减少占位、厚度和成本
展望未来,我们预期新的技术能进一步实现嵌入式视觉系统所需的更小传感器尺寸。
三维堆栈是让半导体器件生产的创新技术,它的原理是在不同晶圆上制造各种电路芯片,然后利用铜对铜连接和过硅通孔(Through Silicon Vias,简称TSV)技术进行堆栈和互联。三维堆栈因为是多层重迭芯片,允许器件实现比传统传感器更小的占位尺寸。而在三维堆栈传感器中, 读出和处理芯片可以置于像素芯片和行译码器的下方。这样,传感器的占位尺寸因缩小的读出和处理芯片而减小,并且可以在传感器中加入更多处理资源以减小图像信号处理器的载荷。