业界 5000 万级像素赛道上首颗采用 100% 全像素对焦功能的 0.7μm 芯片横空出世

CMOS图像传感器是一种典型的固体成像传感器，与CCD有着共同的历史渊源。CMOS图像传感器通常由像敏单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、AD转换器、数据总线输出接口、控制接口等几部分组成,这几部分通常都被集成在同一块硅片上。其工作过程一般可分为复位、光电转换、积分、读出几部分。

在CMOS图像传感器芯片上还可以集成其他数字信号处理电路，如AD转换器、自动曝光量控制、非均匀补偿、白平衡处理、黑电平控制、伽玛校正等，为了进行快速计算甚至可以将具有可编程功能的DSP器件与CMOS器件集成在一起，从而组成单片数字相机及图像处理系统。

1963年Morrison发表了可计算传感器，这是一种可以利用光导效应测定光斑位置的结构，成为CMOS图像传感器发展的开端。1995年低噪声的CMOS有源像素传感器单片数字相机获得成功。

CMOS图像传感器具有以下几个优点：1)随机窗口读取能力。随机窗口读取操作是CMOS图像传感器在功能上优于CCD的一个方面，也称之为感兴趣区域选取。此外，CMOS图像传感器的高集成特性使其很容易实现同时开多个跟踪窗口的功能。2)抗辐射能力。总的来说，CMOS图像传感器潜在的抗辐射性能相对于CCD性能有重要增强。3)系统复杂程度和可靠性。采用CMOS图像传感器可以大大地简化系统硬件结构。4)非破坏性数据读出方式。5)优化的曝光控制。值得注意的是，由于在像元结构中集成了多个功能晶体管的原因，CMOS图像传感器也存在着若干缺点，主要是噪声和填充率两个指标。鉴于CMOS图像传感器相对优越的性能，使得CMOS图像传感器在各个领域得到了广泛的应用。

CMOS 图像传感器供应商思特威(上海)电子科技股份有限公司(SmartSens)推出其全新 0.7μm 像素尺寸 52MP 超高分辨率图像传感器产品 SC520XS。

据介绍，作为思特威首颗 0.7μm 超小像素尺寸芯片，SC520XS 采用先进的堆栈式背照工艺(Stacked BSI)，搭载了思特威在小像素尺寸芯片领域创研的 SFCPixel-SL 技术，并凭借超低噪声外围读取电路以及影院级色彩视效等优势技术，可进一步提升图像中高光与阴影细节，为高端智能手机主摄、前摄、超广角以及长焦摄像头带来高品质的夜视全彩影像。

同时，SC520XS 也是业界 5000 万级像素赛道上首颗采用 AllPix ADAF 技术的 0.7μm 芯片，即使在快速运动场景中也能实现 100% 全像素对焦。此外，新品还兼具升级的超低功耗设计，能够为智能手机摄像头 AI 识别应用提供强劲续航。

SC520XS 是思特威首颗搭载全新自研 SFCPixel-SL 技术的图像传感器，该技术基于思特威创新 SFCPixel 专利技术架构开发，相较行业同规格产品，SC520XS 的量子效率有效提升 13%，感光度大幅提升至 2 倍，满阱电子有效提升 20%，最大信噪比可达 42dB，读取噪声大幅降低 64%，很好的平衡了产品的满阱与噪声性能，同时兼顾了优异的夜视全彩成像性能以及白天更为丰富的细节与层次感。此外，凭借 SFCPixel-SL 技术带来的 pixel 内置双增益转换调节功能，使得 SC520XS 的动态范围显著提升了 10.5dB。

SC520XS 还搭载了思特威超低噪声外围读取电路以及影院级色彩视效等优势技术，能够呈现出色彩饱满、画质精细的卓越夜拍影像，可为手机摄像头系统带来电影级的夜拍影像质感。

此外，SC520XS 作为业界 5000 万级像素赛道上首颗采用 100% 全像素对焦功能的 0.7μm 芯片，搭载了思特威全新研发的 AllPix ADAF全相位像素对焦技术，可实现横 / 纵方位组合的 100% 全像素对焦，即使在动态与暗光场景中也能快速精准地进行对焦。

图像传感器是数字成像系统的主要构建块之一，对整个系统性能有很大影响。两种主要类型的图像传感器是电荷耦合器件 (CCD) 和 CMOS 成像器。在本文中，我们将了解 CMOS 图像传感器的基础知识。

查看我们关于电荷耦合器件 (CCD) 图像传感器的系列。您可以从 CCD 的结构和功能开始。

1 CMOS 光电探测器

大多数 CMOS 光电探测器都基于 PN 结光电二极管的操作。当光电二极管反向偏置(且反向电压小于雪崩击穿电压)时，与入射光强度成正比的电流分量将流过二极管。该电流分量通常称为光电流。

由于光电流随光强度线性增加，我们可以使用光电二极管来构建光电探测器。这种光检测结构的抽象表示如下所示。

复位开关在曝光周期开始时闭合，以将光电二极管反向偏置到电压 VD。接下来，开关打开并产生与入射光强度成正比的光电流。该电流在飞安到皮安的范围内，并且太小而无法直接测量。如果我们让光电二极管暴露在光线下一段时间，tint，电流将在二极管电容 CD 上积分。存储的电荷为我们提供了更容易测量的更强的累积信号。此外，合并的平均过程使累积信号更忠实地表示测量的光强度，尤其是在处理微弱或嘈杂的信号时。

请注意，阱容量 Qwell 设置了 CD 可以容纳的电荷量的上限。超过一定的光强，二极管将饱和，累积电荷将等于上图所示的最大值。因此，必须谨慎选择整合期。

另一个应考虑的非理想效应是，除了光电流之外，还有另一种称为暗电流的电流分量流过二极管。暗电流是在没有光的情况下产生的电流。必须最小化该电流分量以最大化器件灵敏度。

高速芯片解决传统成像机制在高分辨率、高速应用中逐渐遭遇数据率过高的瓶颈。普通高速相机参数50万像素，10000帧以上拍摄，数据率约269.5Gbps;团队研发的高速相机50万像素，10000帧以上拍摄，数据率约20Gbps，下图为团队研发的50万像素高速芯片：

本项目产品优势主要有：

①高速、高分辨率成像

10000帧以上/秒，最高50万像素的超高速成像，画质优秀。

②事件触发，大幅降低数据率

通过模拟生物视觉成像原理，采用事件型输出方式替代传统光强量化传感机制，将目标场景的光信息在时域上进行编码，数据率仅为传统成像芯片的1/8到1/14，大幅降低了数据传输和存储的压力。

③支持低噪声、大动态输出

实现超高速事件的低噪声、大动态范围信号输出，最大扩展动态范围可达到100dB。

④芯片配置灵活

可根据成像场景灵活配置增益、曝光时间、帧率、输出精度等。

团队研发的高速芯片产品可应用于闪电、爆炸过程分析、机械高速运转、碰撞试验、物理试验等领域等。

团队研发的1 inch CMOS图像传感器有效像素为 1280H x1024V，是一款具备较高性能的芯片，下图为团队研发的芯片产品图：

本项目产品优势主要如下：

①高兼容性的成像分辨率

原生分辨率1280×1024，支持1280×800、1024×768等输出格式，满足多种环境的成像和数据带宽需求。

②日间高画质成像

日间成像最大信噪比49dB，画质优秀。

③夜间低噪声成像

集成背照式、微透镜的9.7um×9.7um大尺寸高灵敏度像素，灵敏度达到80V/lux.s以上，读出噪声小于1e-，低噪声成像能力达到10-4lux超星光级别。