用于新興HMI與MEI應(yīng)用的新型成像器解決方案

　　對(duì)圖像傳感器的新要求

　　目前人們正在圍繞“人如何與自動(dòng)化系統(tǒng)交互以及機(jī)器如何與環(huán)境交互”來(lái)開發(fā)新的產(chǎn)品與市場(chǎng)。這些市場(chǎng)需要普通替代膠片傳感器的大批量生產(chǎn)、低成本特點(diǎn)以及MMI傳感器的高性能。一些新型HMI與MEI應(yīng)用包括車輛占位與位置探測(cè)、司機(jī)睡意探測(cè)、汽車對(duì)駕駛員物理尺寸的自適應(yīng)、路線跟蹤、防撞、道路標(biāo)識(shí)閱讀以及風(fēng)檔雨刮控制等。其它應(yīng)用還包括自動(dòng)門與電梯控制、生物測(cè)定門禁控制、條碼讀取以及消費(fèi)類機(jī)器人技術(shù)等。

　　這些新型HMI與MEI應(yīng)用都要求使用可在一定照明、溫度及環(huán)境條件下工作的圖像傳感器。在裝有由傳感器控制的安全氣囊的汽車中，安全系統(tǒng)必須能晝夜工作，在這種情況下使用近紅外（NIR）傳感器將非常理想。

　　自從固態(tài)存儲(chǔ)器面世，溫度飄移就帶來(lái)了泄漏的問(wèn)題。同樣，泄漏電流也是圖像傳感器的一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，因?yàn)樗且粋€(gè)被稱為“暗電流”的參數(shù)的重要組成部分。暗電流是像素在整合期間所獲能量的主要部分（并非來(lái)自光子），溫度每上升5°C至8°C，通常這個(gè)噪聲參數(shù)便會(huì)增加一倍。在溫室擁有較低的暗電流對(duì)于傳感器是否能在更高溫度上工作非常關(guān)鍵。

　　所需的新特性

　　目前的圖像傳感器已不能滿足新應(yīng)用的要求，因此業(yè)界正在生產(chǎn)新的中檔圖像傳感器來(lái)滿足HMI與MEI市場(chǎng)（尤其是新興的汽車市場(chǎng)）的更高要求。這些新型圖像傳感器具有很高的分辨率和速度，可在極端條件下工作并可使用NIR照明。此外，在傳統(tǒng)的替代膠片圖像傳感器當(dāng)中，這些新型傳感器的成本也比較低。

　　增強(qiáng)的NIR照明使傳感器不僅能在非受控環(huán)境下工作，而且還能捕捉同一場(chǎng)景中很暗與很亮區(qū)域的圖像。像素可以選擇以獲得對(duì)光的單斜率線性響應(yīng)或者分段線性響應(yīng)，與光呈分段線性響應(yīng)關(guān)系的像素可提供多達(dá)4種線移（linear-shifted）斜率。實(shí)際上，光能量被壓縮以適合同一像素裝載容量，其結(jié)果是處理器可同時(shí)看到隧道的“內(nèi)外情景”。

　　中檔成像器還具有雙緩沖全局快門（global shutter）功能。在每一個(gè)像素中，光敏緩沖器與光屏蔽緩沖器互相配合，工作的時(shí)候，每一個(gè)光敏緩沖器都將其數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)儲(chǔ)到光屏蔽緩沖器并復(fù)位，當(dāng)光屏蔽緩沖器將數(shù)據(jù)傳輸給一個(gè)像素時(shí)，光敏緩沖器記錄下一幀圖像。這樣可像快照一樣捕捉圖像，省去了旋轉(zhuǎn)快門等圖像捕捉部件。此外，因?yàn)閮蓚€(gè)緩沖器可同步工作，所以傳感器無(wú)需等待圖像讀出即可開始捕捉下一幀圖像。

　　新型成像器解決方案

　　Micron的MT9V022型CMOS圖像傳感器是一種專門針對(duì)汽車市場(chǎng)設(shè)計(jì)的產(chǎn)品，它不僅擁有目前高速產(chǎn)品線的固有特性，而且還具有消費(fèi)級(jí)成像器的大批量、低噪聲以及價(jià)格優(yōu)勢(shì)。

　　MT9V022的分辨率能提供750列的寬水平視角和480行的標(biāo)準(zhǔn)行緩沖器尺寸。全分辨率時(shí)，傳感器可以60fps的速率工作；而當(dāng)分辨率較低時(shí)，工作速率將超過(guò)200fps，這使它能很好地與ADI Blackfin等低成本、高性能DSP進(jìn)行接口。MT9V022還具有增強(qiáng)的NIR響應(yīng)，一般的消費(fèi)級(jí)傳感器在850nm時(shí)的NIR靈敏度為10（ QE，而MT9V022接近40（ QE，這使其能工作在非受控環(huán)境中。由于許多帶有很小攝像頭的HMI與MEI應(yīng)用都工作在非受控環(huán)境下，所以成像器必須能在高溫環(huán)境下工作。Micron公司具有低泄漏存儲(chǔ)器方面的專長(zhǎng)，這使他們能夠開發(fā)出在 85°C時(shí)的暗電流小于10（飽和信號(hào)的成像器（見圖1）。

　　Micron新型圖像傳感器將所有必需特性集成在一個(gè)基于6μm像素的陣列中，具有自動(dòng)曝光、立體同步、區(qū)域增益及區(qū)域曝光加權(quán)等特性，可做成一個(gè)很容易實(shí)現(xiàn)的1/3英寸標(biāo)準(zhǔn)鏡頭。

　　通過(guò)將Micron MT9V022這樣的產(chǎn)品與目前使用的處理器及魯棒的場(chǎng)景理解算法相結(jié)合，明智的開發(fā)商有望在數(shù)十億美元的HMI與MEI應(yīng)用新市場(chǎng)中占有關(guān)鍵份額。