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中国第二大芯片设计公司重新定义安防成像新标准

时间:2018-10-27 作者:邵乐峰 阅读:
最近两年,由于车载应用、机器视觉、人脸识别与安防监控的快速发展,以及越来越强大的手机拍照功能,全球CMOS图像传感器销售额屡创新高。以安防领域为例,2017年全球安防领域CMOS出货量达到1.84亿,年复合增长率达到11.95%……

在芯谋研究日前发表的2018上半年中国集成电路设计产业研究报告中,凭借CMOS图像传感器业务大红大紫的供应商豪威科技(OmniVision),取代了比特大陆,一跃成为中国第二大芯片设计公司。

豪威科技曾是纳斯达克的上市企业。2016年,中国财团耗资19亿美元,将其私有化,并成立了北京豪威科技全资子公司。公司主要是从事设计、开发和销售高性能、高集成度和高成本效益的半导体图像传感器设备。最近,国内的上市公司韦尔科技正在对其发起一个收购,这主要看中的是他们在图像传感器方面的影响力。

最近两年,由于车载应用、机器视觉、人脸识别与安防监控的快速发展,以及越来越强大的手机拍照功能,全球CMOS图像传感器销售额屡创新高。以安防领域为例,2017年全球安防领域CMOS出货量达到1.84亿,年复合增长率达到11.95%。

 

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重新定义近红外行业新标准

对高分辨率、超低光线条件下的图像质量、以及近红外性能的不懈追求,正成为当前安防市场的三大趋势。一方面,分辨率正从主流的1080P逐步向4K2K发展,人脸识别、物体识别等智能视频需求开始兴起,H.265编码技术逐渐得到普及;另一方面,包括超低光彩色、超低光不开补光灯、SNR1<0.2Lux在内的超低光线条件下的图像质量要求不断提升,使得近红外应用在安防、人脸识别、生物特征识别、驾驶员监控、AR/VR等行业成为广泛需求,具体要求包括降低红外灯的功耗、提高监测物体距离、SNR1940 <35nW/cm2等。

因此,在提升近红外灵敏度成为市场热点的同时,如何降低近红外灯功耗,延长电池寿命;延长探测距离,保持功耗不变;以及消除850nm红曝现象,又成为技术的难点。例如,就目前而言,850nm光照度是室外监控摄像头的理想之选,但850nm产生的红曝现象明显,容易暴露摄像机的位置,对视觉产生伤害,灵敏度也不及940nm。而940nm则因为近红外光不会被人眼察觉,适合夜晚室内黑暗环境,正成为传统图像传感器产品未来升级的方向。

 

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夜鹰Nyxel技术是豪威科技为突破红外灵敏度所推出的一把利器。据豪威科技市场部副总裁陈家旺介绍,首先,通过增加硅基层厚度,在吸收更多光子的同时大幅增加光电转换效率;其次,为避免光子在传播过程中形成串扰,研发人员将像素置于像素间具有屏障的沟槽中;最后,增加一层曲面薄膜,使得光子在被吸收后能够以不同角度行驶更长的距离,增加光电转换效率,从而形成更明亮的图像。

实验结果显示,相比传统近红外传感器,使用夜鹰Nyxel技术的产品在850nm波长处的量子效率(QE)从原来20%提到60%,增加3倍;940nm波长处的QE从8%提到40%,增加5倍。灵敏度的提升,意味着豪威图像传感器能够在相同的近红外光量下成像更清晰,可以检测到更远的成像区域,意味着减少了对LED补光灯的需求,从而降低了总体功耗和成本。

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此前,CMOS图像传感器方面行业一直采用可见光亮度标准,即单位面积光通量(Lux)来度量,然而随着近红外光成为主流,如何衡量相关产品的性能行业却并无参考指数。对此,豪威科技提出了一种新的指标NIR SNR1对其进行量化,该指标融合了QE、像素尺寸和读取噪声等因素,在850nm和940nm两个不可见光波长领域定义了新的标准,即采用单位面积辐射通量(nW/cm2)来度量。

 

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按照这个指标,在30nW/cm2左右的参数范围将被视为优秀的产品,这使得在红外产品有了参考指标,客户可以用这个标准测量相关产品以区分性能。未来,940nm红外光还将会向更加稳定高效的940nm VCSEL红外光源前进。

 

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按照上述指标,豪威科技最新推出的安防专用图像传感器芯片OS02C10的SNR1850nm值为23nw/cm2,SNR1940nm值为31nw/cm2,意味着在同样环境和同样图像探测范围内,采用该传感器设计的安防监控摄像头可在完全黑暗的条件下正常工作,且近红外照明功耗比其它竞争产品要低2倍至4倍。

OS02C10采用超低噪声设计,SNR1照度达到0.16 lux的同时,可生成高清1080p图像。OmniVision的专利双重转换增益技术使该款传感器实现了行业最佳超低光成像性能,而三次曝光交错式宽动态可将运动伪像减小到最低,并将高动态范围达到120dB。此外,在安防系统转换为更高质量显示器情况下,这些技术可轻松将其分辨率提高至2K至4K。

安防图像传感器全面进入“背照式”时代

除OS02C10外,OmniVision还在本届安博会上推出两款基于OmniBSI像素技术的最新2微米图像传感器系列产品 OS02F10和OS04B10。这两款传感器采用业内最具性价比的背面照度(Back Side Illumination)解决方案,并专为入门级物联网、工业、商业及住宅领域的安防监控摄像头提供高清晰图像质量。

陈家旺告诉记者,以前,入门级物联网的安防监控摄像头只采用前照式图像传感器,没有充分发挥这些摄像头的性能。而在采用最新的OS02F10和OS04B10图像传感器后,即使是住宅用安防监控摄像头也不用再担心因为想要实现信价比而牺牲性能。这一切均得益于紧凑型的 OmniBSI 像素架构成功减少了像素串扰问题,图像质量也因此更出色。

OS02F10和OS04B10图像传感器均具有出色低光灵敏度,传感器的9度主光线角度(CRA)能够让安装有广角镜头的薄模块实现精准、无声的监视效果。

其中,OS02F10为200万像素(MP)传感器,支持1080p(1920 x 1080)分辨率的视频,帧率为30帧/秒,功耗小于 120mW。该超紧凑型传感器采用独特的1/4英寸光学格式及4.9 x 3.0毫米芯片级封装(CSP),其高量子效率(QE)减少了对IR照明的要求,可实现低功耗,摄像头电池的使用寿命更长。

而OS04B10应用于需监控范围更广的区域。具有360万像素分辨率,支持2K(2560 x 1440)分辨率的视频流,帧率为每秒30帧,功耗低于140mW。该款传感器的特点为其独特的1/3 英寸光学格式及6.3x3.7毫米芯片级封装(CSP)技术。

 

 

 

 

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