车联网可不一定是IT巨头说了算

1、物联网知识2015年,随着 CES 大会的热捧, “车联网”成为继互联网、物联网之后未来智能城市又一 标志。汽车厂商巨头积极布局,奥迪、奔驰、宝马等均已推出各自的自动驾驶概念车 ; 整车厂、 零部件供应商结伴占位, 芯片厂商英伟达在 CES 上发布了世界上第一款浮点运算能力超过 1万 亿次的移动芯片,试图通过超级移动芯片撬开智能汽车的大门。 IT 巨头同样不甘示弱,谷歌 Android Auto和苹果 CarPlay 已然成为各家传统汽车厂商合作热点。 而国内随着百度车联网战略 正式发布。 互联网 BA T 三巨头全部加入车联网系统争夺战中, 但车联网这块蛋糕还真不一定是 这些巨头们说了算。车

2、联网,核心价值在数据不可否认在云计算、大数据的推动下,汽车、电子与互联网结合更加紧密,未来汽车极有 可能成为下一个与人们生活紧密相连的移动终端。大数据将更加清晰透彻精准研究并构建“客 户素描” ,满足差异化用户需求,这是对传统制造产业根本性的冲击甚至颠覆,换句话说大数据 就是让制造产业变成服务产业,让制造企业变为数据。响铃认为在数据、软件、硬件、服务四 驾马车为主导的车联网中,核心价值是数据。各 IT 巨头也深谙其道,正积极占位,不管是把建 立地图服务作为核心,还是打造车载智能终端系统,都是在玩数据。比如阿里巴巴收购高德, 把地图数据作为承载商业模式的载体 ; 腾讯联合四维图新推出趣驾 WeD

3、rive ,自家又推出车联网 产品“路宝盒子” ; 百度推出 CarLife; 华为推出 ME909T; 国外苹果推出“ iOS in the Car ”计划和 车载系统 CarPlay ,谷歌推出汽车版安卓操作系统。 。 。各个都“不怀好意” ,期望掌控数据一招 致胜,秒杀对手。作为 IT 巨头, 对数据的掌控本身就拥有先发技术优势和天然的敏感性。 而车联网是以车为 信息源点和关键节点,围绕用户使用场景构建智能化体验。尽管形式各样,但都是希望建立类 似互联网让人们“点对点”信息交流的方式,用数据把车串起来,实现车与车的“对话” , IT 巨头们所具备的云计算处理能力和大数据处理能力显然在车联

4、网中独享数据和软件优势。但深 耕行业的汽车厂商也握有硬件和服务两大法宝,四驾马车,双方各分秋色,所以 IT 巨头光有数 据还不能保证稳操胜券,汽车厂商他们的态度才真正决定着成败。IT 巨头抢滩数据与汽车商家之间,一场新的博弈 ?如今汽车厂商们都意识到下一个能改善交通安全提升自身产品竞争力的就是车与车间的 “交流” 。如果汽车能信息沟通实时对接,哪怕危险就在下一个路口,驾驶员也能提前防范,做 到零交通事故,产品行业话语权就将大大加强,消费者自然买账。面对至关重要的车联数据, 汽车厂商是拱手让给 IT 巨头,还是死磕单干,双方将会有新的博弈。原因很简单车联网产业链 的前装市场中,整车厂商位于产业链

5、的中游,上连设备及服务提供商在上,下接用户,整车厂 商拥有较强的话语权。 IT 巨头如能与硬件厂商合作便是最好的结果,就如国内奥迪、现代、上 海通用与百度签订了车联网方面的战略合作协议, 现代兼容苹果 Carplay 和谷歌 AndroidAuto 的 DisplayAudio 操作系统。双方相互借力,取长补短,多赢之道。但更多汽车厂商会选择自主研发,不对 IT 巨头开放,一来他们不差钱,二来他们不希望被 IT 巨头控制数据掐住咽喉,上汽集团就最早试水车联网,研发的 inkaNet 系统被搭载在自己的 荣威 350、荣威 550、 W5以及 MG5等多款车型上。通用的安吉星 (onstar也被

6、应用在凯迪拉克、 别克、雪佛兰等汽车上,这是对 IT 巨头的防御,也是攻击。而对于 IT 企业来说,就是场硬仗。同样对于服务与售后的定位差异,也是巨大的不确定因素。 IT 巨头互联网的趋于免费的服 务与 4S 的高利益存在冲突, IT 巨头可以让服务不挣钱,但汽车厂商的赢利点之一就是增值服 务。售后维修也是件麻烦事,即使 IT 巨头能做到高效整合信息互通,老人和劳斯劳斯都不碰, 万一交通事故真的要发生了,必须碰其一的时候,是追究 IT 软件的问题,还是归罪于汽车硬件 方,或者直接归咎于个人价值观,售后维修谁负责总之,还有太多问题待解, IT 巨头若是 只期盼解决数据软件问题就想高枕无忧,响铃只

7、能呵呵了。延伸阅读:“车联网”如何才能叫好又叫座 ?车联网下的汽车夜视系统需求分析当今的 CMOS 图像转换技术不仅服务于“传统的”工业图像处理,而且还凭借其卓越的性 能和灵活性而被日益广泛的新颖消费应用所接纳。此外,它还能确保汽车驾驶时的高安全性和 舒适性。最初, CMOS 图像传感器被应用于工业图像处理;在那些旨在提高生产率、质量和生 产工艺经济性的全新自动化解决方案中,它至今仍然是至关重要的一环。据市场研究 IMS Research的预测,在未来的几年中,欧洲工业图像处理市场的年成长率将 达到 6%,其中,在相机中集成了软件功能的智能型解决方案的市场份额将不断扩大。在德国, 据其全国工具

8、机供应商协会 VDMA 提供的数据, 2004年的图像处理市场增长率达到了 14%。 市场调研 In-Stat/MDR亦指出,单就图像传感器的次级市场而言,其年成长率将高达 30%以上, 而且这种情况将持续到 2008年。最为重要的是:CMOS 传感器的成长速度将达到 CCD 传感器 的七倍,照相手机和数码相机的迅速普及是这种需求的主要推动因素。显然,人们如此看好 CMOS 图像转换器的成长前景是基于这样一个事实,即:与垄断该领 域长达 30多年的 CCD 技术相比,它能够更好地满足用户对各种应用中新型图像传感器不断提 升的品质要求,如更加灵活的图像捕获、更高的灵敏度、更宽的动态范围、更高的分

9、辨率、更 低的功耗以及更加优良的系统集成等。此外, CMOS 图像转换器还造就了一些迄今为止尚不能 以经济的方式来实现的新颖应用。 另外, 还有一些有利于 CMOS 传感器的 “软” 标准在起作用, 包括:应用支持、抗辐射性、快门类型、开窗口和光谱覆盖率等。不过,这种区别稍带几分任 意性,因为这些标准的重要程度将由于应用的不同 (消费、工业或汽车 而发生变化。细节表现中所面临的难题就像我们从模拟摄影所获知的那样,拍摄一幅完整场景的照片是一件相当普通的事情,照 相手机同样如此。但是,对于工业或汽车应用来说,情况就大不一样了:有些场合并不需要很 高的全帧数据速率。比如,在监控摄像机中,只要能够发现

10、一幅场景中出现的变化(因为这种 变化可能预示着某种可疑情况 , 那么分辨率低一点也是完全可以接受的。 在此基础之上才需要 借助全分辨率来采集更多的细节信息。跟着发生的动作将只在摄像机视场的某一部分当中进行 播放,而且,在所捕获的场景中,只有这一部分才是监控人员所关注的。对于只提供全帧图像的 CCD 图像传感器而言, 只有采用一个分离的评估电路才能够提供两 个观测角度, 这意味着处理时间和成本的增加。 然而, CMOS 图像传感器的工作原理则与 RAM相似,所有的存储位均可单独读出。 CMOS 传感器的二次采样虽然提供了较低的分辨率,但是 帧速率较高;而开窗口则允许随机选择一块感兴趣的区域。CM

11、OS 传感器坐拥高灵敏度、宽动态范围和低功耗优势最新 CMOS 传感器获得广泛应用的一个前提是其所拥有的较高灵敏度、 较短曝光时间和日 渐缩小的像素尺寸。像素灵敏度的一个衡量尺度是填充因子 (感光面积与整个像素面积之比 与 量子效率 (由轰击屏幕的光子所生成的电子的数量 的乘积。 CCD 传感器因其技术的固有特性而 拥有一个很大的填充因子。而在 CMOS 图像传感器中,为了实现堪与 CCD 转换器相媲美的噪 声指标和灵敏度水平,人们给 CMOS 图像传感器装配上了有源像素传感器 (APS,并且导致填 充因子降低,原因是像素表面相当大的一部分面积被放大器晶体管所占用,留给光电二极管的 可用空间较

12、小。所以,当今 CMOS 传感器的一个重要的开发目标就是扩大填充因子。赛普拉斯 (FillFactory通过其获得专利授权的一项技术,可以大幅度地提高填充因子,这种技术可以把一 颗标准 CMOS 硅芯片最大的一部分面积变为一块感光区域。 nextpage另外,对于一个典型的工业用图象传感器而言,由于许多场景的拍摄都是在照明条件很差 的情况下进行的,因此拥有较大的动态范围将是十分有益的。 CMOS 图像传感器通过多斜率操 作实现了这一目标:转换曲线由倾度不同的直线部分所组成,它们共同形成了一个非线性特征 曲线。因此,一幅场景的黑暗部分有可能占据集成模拟 -数字转换器转换范围的很大一部分:转 换特

13、征曲线在这里最为陡峭,以实现高灵敏度和对比度。特征曲线上半部分的平整化将在图像 的明亮部分捕获几个数量级的过度曝光,并以一个更加细致的标度来表现它们。采用多斜率的 方式来运作 LUPA-4000将使高达 90dB 的光动态范围与一个 10位 A/D转换范围相匹配。 具有 VGA 分辨率的 IM-001系列 CMOS 图像传感器在此基础上更进一步; 它们是专为汽车 应用而设计的。其像素由光电二极管组成,可提供高达 120dB 的自适应动态范围。面向汽车应 用的 ACM 100相机模块就采用了这些传感器, 这种相机模块据称是同类产品中率先面市的全集 成化相机解决方案:该视觉解决方案被看作是面向驾驶

14、者保护、防撞、夜视支持和轮胎跟踪导 向的未来汽车安全系统的关键元件。此外,对于独立于电网的便携式应用而言,以低功耗特性而著称的 CMOS 技术还具有一个 明显的优势:CMOS 图像传感器是针对 5V 和 3.3V 电源电压而设计的。而 CCD 芯片则需要大 约 12V 的电源电压,因此不得不采用一个电压转换器,从而导致功耗增加。在总功耗方面,把 控制和系统功能集成到 CMOS 传感器中将带来另一个好处:它去除了与其他半导体元件的所有 外部连接线。其高功耗的驱动器如今已遭弃用,这是因为在芯片内部进行通信所消耗的能量要 比通过 PCB 或衬底的外部实现方式低得多。扩展光谱灵敏度和提高分辨率是大趋势

15、在现代 CMOS 图像传感器中,一个重要的发展趋势是其光谱灵敏度扩展到了近红外区 NIR(至约 1,100nm 的波长 。配备了 IM-001 CMOS图像传感器的汽车应用将改善雾穿透力和夜 视能力。由于工业图像捕获技术开始运用更多波长位于 NIR 之中的光源,而且生物技术也在利 用该光谱区域中的有趣现象,因此,新开发的 IBIS 5-AE-1300传感器具有 700900nm 的 NIR 灵敏度。在面向消费应用的图像捕获技术中,另一个发展趋势是继续提高分辨率。到 2005年年中, 70%左右的手机相机已具有 VGA 格式分辨率 (640×480像素 ;但随后的 2006年,几百万像

16、素 的传感器就将占领 50%的市场份额,而到 2008年,其市场占有率预计将进一步攀升至 90%以 上。 为此, 赛普拉斯开发了一种用于蜂窝电话的 300万像素图像传感器, 该产品采用了 Autobrite 技术,可进行 12位模拟 /数字转换,并提供了 72dB 的宽广动态范围,而目前市面上的 10位模 拟 /数字转换器的动态范围仅为 60dB 。 逐行扫描模式中的帧速率高达 30帧 /秒, 因而可录制实况 视频节目。在工业和商业领域中,这种发展趋势也很明显:赛普拉斯已推出一款用于 Kodak 数码相机 的 1,300万像素 /35mm图像传感器,另外, 660万像素的 IBIS 4-660

17、0传感器正在一种面向弱视人群的自动阅读辅助装置中证明自己的卓越品质它可在一幅完整的标准 A4页面上提供出 色的分辨率。凭借技术实现系统集成 由于蜂窝电话、数码相机、 MP3播放机和 PDA 等传统分离型功能 设备的加速数字融合 (即成为一部紧凑的消费型电子产品 ,导致人们越来越希望至少具有部分 自主性的子系统能够在一部设备中提供极为宽泛的功能。这种趋势还将对专业测量技术产生影 响:利用包含一个数码相机、 PDA 用户接口和 WLAN 联网能力的便携式检验工具,光测试和 监视的应用范围将得到有效的拓展。作为一种平台技术, CMOS 符合这一发展潮流:CCD 图像 转换器仍然需要采用外部逻辑电路来

18、实现控制和模拟 /数字转换功能, 而 CMOS 标准逻辑器件则 能够把传感器、控制器、转换器和评估逻辑电路等全部集成到一块芯片之中。一个典型的例子如专门针对要求苛刻的消费应用而制作的 CYIWCSC1300AA 芯片的 图像捕获电路。 它基于 130万像素图像传感器 CYIWOSC1300AA 和一个用于提供误差插补、 黑 电平调整、透镜校正、信号互串校正、彩色马赛克修补、彩色校正、自动曝光、噪声抑制、特 效和 校正等等诸多功能的附加信号处理器。 集成更多的系统功能 (一直到自主型光电传感器系 统 是可行的,这主要取决于诸如市场容量和开发成本等经济目标和限制因素。当今的 CMOS 图像转换技术

19、不仅服务于“传统的”工业图像处理,而且还凭借其卓越的性 能和灵活性而被日益广泛的新颖消费应用所接纳。此外,它还能确保汽车驾驶时的高安全性和 舒适性。最初, CMOS 图像传感器被应用于工业图像处理;在那些旨在提高生产率、质量和生 产工艺经济性的全新自动化解决方案中,它至今仍然是至关重要的一环。据市场研究 IMS Research的预测,在未来的几年中,欧洲工业图像处理市场的年成长率将 达到 6%,其中,在相机中集成了软件功能的智能型解决方案的市场份额将不断扩大。在德国, 据其全国工具机供应商协会 VDMA 提供的数据, 2004年的图像处理市场增长率达到了 14%。 市场调研 In-Stat/

20、MDR亦指出,单就图像传感器的次级市场而言,其年成长率将高达 30%以上, 而且这种情况将持续到 2008年。最为重要的是:CMOS 传感器的成长速度将达到 CCD 传感器 的七倍,照相手机和数码相机的迅速普及是这种需求的主要推动因素。显然,人们如此看好 CMOS 图像转换器的成长前景是基于这样一个事实,即:与垄断该领 域长达 30多年的 CCD 技术相比,它能够更好地满足用户对各种应用中新型图像传感器不断提 升的品质要求,如更加灵活的图像捕获、更高的灵敏度、更宽的动态范围、更高的分辨率、更 低的功耗以及更加优良的系统集成等。此外, CMOS 图像转换器还造就了一些迄今为止尚不能 以经济的方式

21、来实现的新颖应用。 另外, 还有一些有利于 CMOS 传感器的 “软” 标准在起作用, 包括:应用支持、抗辐射性、快门类型、开窗口和光谱覆盖率等。不过,这种区别稍带几分任 意性,因为这些标准的重要程度将由于应用的不同 (消费、工业或汽车 而发生变化。细节表现中所面临的难题就像我们从模拟摄影所获知的那样,拍摄一幅完整场景的照片是一件相当普通的事情,照 相手机同样如此。但是,对于工业或汽车应用来说,情况就大不一样了:有些场合并不需要很 高的全帧数据速率。比如,在监控摄像机中,只要能够发现一幅场景中出现的变化(因为这种 变化可能预示着某种可疑情况 , 那么分辨率低一点也是完全可以接受的。 在此基础之

22、上才需要 借助全分辨率来采集更多的细节信息。跟着发生的动作将只在摄像机视场的某一部分当中进行 播放,而且,在所捕获的场景中,只有这一部分才是监控人员所关注的。对于只提供全帧图像的 CCD 图像传感器而言, 只有采用一个分离的评估电路才能够提供两 个观测角度, 这意味着处理时间和成本的增加。 然而, CMOS 图像传感器的工作原理则与 RAM 相似,所有的存储位均可单独读出。 CMOS 传感器的二次采样虽然提供了较低的分辨率,但是 帧速率较高;而开窗口则允许随机选择一块感兴趣的区域。CMOS 传感器坐拥高灵敏度、宽动态范围和低功耗优势最新 CMOS 传感器获得广泛应用的一个前提是其所拥有的较高灵

23、敏度、 较短曝光时间和日 渐缩小的像素尺寸。像素灵敏度的一个衡量尺度是填充因子 (感光面积与整个像素面积之比 与 量子效率 (由轰击屏幕的光子所生成的电子的数量 的乘积。 CCD 传感器因其技术的固有特性而 拥有一个很大的填充因子。而在 CMOS 图像传感器中,为了实现堪与 CCD 转换器相媲美的噪声指标和灵敏度水平,人们给 CMOS 图像传感器装配上了有源像素传感器 (APS,并且导致填 充因子降低,原因是像素表面相当大的一部分面积被放大器晶体管所占用,留给光电二极管的 可用空间较小。所以,当今 CMOS 传感器的一个重要的开发目标就是扩大填充因子。赛普拉斯 (FillFactory通过其获

24、得专利授权的一项技术,可以大幅度地提高填充因子,这种技术可以把一 颗标准 CMOS 硅芯片最大的一部分面积变为一块感光区域。 nextpage另外,对于一个典型的工业用图象传感器而言,由于许多场景的拍摄都是在照明条件很差 的情况下进行的,因此拥有较大的动态范围将是十分有益的。 CMOS 图像传感器通过多斜率操 作实现了这一目标:转换曲线由倾度不同的直线部分所组成,它们共同形成了一个非线性特征 曲线。因此,一幅场景的黑暗部分有可能占据集成模拟 -数字转换器转换范围的很大一部分:转 换特征曲线在这里最为陡峭,以实现高灵敏度和对比度。特征曲线上半部分的平整化将在图像 的明亮部分捕获几个数量级的过度曝

25、光,并以一个更加细致的标度来表现它们。采用多斜率的 方式来运作 LUPA-4000将使高达 90dB 的光动态范围与一个 10位 A/D转换范围相匹配。 具有 VGA 分辨率的 IM-001系列 CMOS 图像传感器在此基础上更进一步; 它们是专为汽车 应用而设计的。其像素由光电二极管组成,可提供高达 120dB 的自适应动态范围。面向汽车应 用的 ACM 100相机模块就采用了这些传感器, 这种相机模块据称是同类产品中率先面市的全集 成化相机解决方案:该视觉解决方案被看作是面向驾驶者保护、防撞、夜视支持和轮胎跟踪导 向的未来汽车安全系统的关键元件。此外,对于独立于电网的便携式应用而言,以低功

26、耗特性而著称的 CMOS 技术还具有一个 明显的优势:CMOS 图像传感器是针对 5V 和 3.3V 电源电压而设计的。而 CCD 芯片则需要大 约 12V 的电源电压,因此不得不采用一个电压转换器,从而导致功耗增加。在总功耗方面,把 控制和系统功能集成到 CMOS 传感器中将带来另一个好处:它去除了与其他半导体元件的所有 外部连接线。其高功耗的驱动器如今已遭弃用,这是因为在芯片内部进行通信所消耗的能量要 比通过 PCB 或衬底的外部实现方式低得多。扩展光谱灵敏度和提高分辨率是大趋势在现代 CMOS 图像传感器中,一个重要的发展趋势是其光谱灵敏度扩展到了近红外区 NIR(至约 1,100nm

27、的波长 。配备了 IM-001 CMOS图像传感器的汽车应用将改善雾穿透力和夜 视能力。由于工业图像捕获技术开始运用更多波长位于 NIR 之中的光源,而且生物技术也在利 用该光谱区域中的有趣现象,因此,新开发的 IBIS 5-AE-1300传感器具有 700900nm 的 NIR 灵敏度。在面向消费应用的图像捕获技术中,另一个发展趋势是继续提高分辨率。到 2005年年中, 70%左右的手机相机已具有 VGA 格式分辨率 (640×480像素 ;但随后的 2006年,几百万像素 的传感器就将占领 50%的市场份额,而到 2008年,其市场占有率预计将进一步攀升至 90%以 上。 为此,

28、 赛普拉斯开发了一种用于蜂窝电话的 300万像素图像传感器, 该产品采用了 Autobrite 技术,可进行 12位模拟 /数字转换,并提供了 72dB 的宽广动态范围,而目前市面上的 10位模 拟 /数字转换器的动态范围仅为 60dB 。 逐行扫描模式中的帧速率高达 30帧 /秒, 因而可录制实况 视频节目。在工业和商业领域中,这种发展趋势也很明显:赛普拉斯已推出一款用于 Kodak 数码相机 的 1,300万像素 /35mm图像传感器,另外, 660万像素的 IBIS 4-6600传感器正在一种面向弱视 人群的自动阅读辅助装置中证明自己的卓越品质它可在一幅完整的标准 A4页面上提供出 色的

29、分辨率。凭借技术实现系统集成 由于蜂窝电话、数码相机、 MP3播放机和 PDA 等传统分离型功能 设备的加速数字融合 (即成为一部紧凑的消费型电子产品 ,导致人们越来越希望至少具有部分 自主性的子系统能够在一部设备中提供极为宽泛的功能。这种趋势还将对专业测量技术产生影 响:利用包含一个数码相机、 PDA 用户接口和 WLAN 联网能力的便携式检验工具,光测试和 监视的应用范围将得到有效的拓展。作为一种平台技术, CMOS 符合这一发展潮流:CCD 图像 转换器仍然需要采用外部逻辑电路来实现控制和模拟 /数字转换功能, 而 CMOS 标准逻辑器件则 能够把传感器、控制器、转换器和评估逻辑电路等全

30、部集成到一块芯片之中。一个典型的例子如专门针对要求苛刻的消费应用而制作的 CYIWCSC1300AA 芯片的 图像捕获电路。 它基于 130 万像素图像传感器 CYIWOSC1300AA 和一个用于提供误差插补、 黑 电平调整、透镜校正、信号互串校正、彩色马赛克修补、彩色校正、自动曝光、噪声抑制、特 效和 校正等等诸多功能的附加信号处理器。 集成更多的系统功能(一直到自主型光电传感器系 统是可行的，这主要取决于诸如市场容量和开发成本等经济目标和限制因素。 当今的 CMOS 图像转换技术不仅服务于“传统的”工业图像处理，而且还凭借其卓越的性 能和灵活性而被日益广泛的新颖消费应用所接纳。此外，它还

31、能确保汽车驾驶时的高安全性和 舒适性。最初，CMOS 图像传感器被应用于工业图像处理；在那些旨在提高生产率、质量和生 产工艺经济性的全新自动化解决方案中，它至今仍然是至关重要的一环。 据市场研究 IMS Research 的预测，在未来的几年中，欧洲工业图像处理市场的年成长率将 达到 6%，其中，在相机中集成了软件功能的智能型解决方案的市场份额将不断扩大。在德国， 据其全国工具机供应商协会 VDMA 提供的数据，2004 年的图像处理市场增长率达到了 14%。 市场调研 In-Stat/MDR 亦指出，单就图像传感器的次级市场而言，其年成长率将高达 30%以上， 而且这种情况将持续到 2008

32、 年。最为重要的是：CMOS 传感器的成长速度将达到 CCD 传感器 的七倍，照相手机和数码相机的迅速普及是这种需求的主要推动因素。 显然，人们如此看好 CMOS 图像转换器的成长前景是基于这样一个事实，即：与垄断该领 域长达 30 多年的 CCD 技术相比，它能够更好地满足用户对各种应用中新型图像传感器不断提 升的品质要求，如更加灵活的图像捕获、更高的灵敏度、更宽的动态范围、更高的分辨率、更 低的功耗以及更加优良的系统集成等。此外，CMOS 图像转换器还造就了一些迄今为止尚不能 以经济的方式来实现的新颖应用。另外，还有一些有利于 CMOS 传感器的“软”标准在起作用， 包括：应用支持、抗辐射

33、性、快门类型、开窗口和光谱覆盖率等。不过，这种区别稍带几分任 意性，因为这些标准的重要程度将由于应用的不同(消费、工业或汽车而发生变化。 细节表现中所面临的难题 就像我们从模拟摄影所获知的那样，拍摄一幅完整场景的照片是一件相当普通的事情，照 相手机同样如此。但是，对于工业或汽车应用来说，情况就大不一样了：有些场合并不需要很 高的全帧数据速率。比如，在监控摄像机中，只要能够发现一幅场景中出现的变化（因为这种 变化可能预示着某种可疑情况） ，那么分辨率低一点也是完全可以接受的。在此基础之上才需要 借助全分辨率来采集更多的细节信息。跟着发生的动作将只在摄像机视场的某一部分当中进行 播放，而且，在所捕

34、获的场景中，只有这一部分才是监控人员所关注的。 对于只提供全帧图像的 CCD 图像传感器而言， 只有采用一个分离的评估电路才能够提供两 个观测角度，这意味着处理时间和成本的增加。然而，CMOS 图像传感器的工作原理则与 RAM 相似，所有的存储位均可单独读出。CMOS 传感器的二次采样虽然提供了较低的分辨率，但是 帧速率较高；而开窗口则允许随机选择一块感兴趣的区域。 CMOS 传感器坐拥高灵敏度、宽动态范围和低功耗优势 最新 CMOS 传感器获得广泛应用的一个前提是其所拥有的较高灵敏度、 较短曝光时间和日 渐缩小的像素尺寸。像素灵敏度的一个衡量尺度是填充因子(感光面积与整个像素面积之比与 量子

35、效率(由轰击屏幕的光子所生成的电子的数量的乘积。CCD 传感器因其技术的固有特性而 拥有一个很大的填充因子。而在 CMOS 图像传感器中，为了实现堪与 CCD 转换器相媲美的噪 声指标和灵敏度水平，人们给 CMOS 图像传感器装配上了有源像素传感器(APS，并且导致填 充因子降低，原因是像素表面相当大的一部分面积被放大器晶体管所占用，留给光电二极管的 可用空间较小。所以，当今 CMOS 传感器的一个重要的开发目标就是扩大填充因子。赛普拉斯 (FillFactory通过其获得专利授权的一项技术，可以大幅度地提高填充因子，这种技术可以把一 颗标准 CMOS 硅芯片最大的一部分面积变为一块感光区域。

36、nextpage 另外，对于一个典型的工业用图象传感器而言，由于许多场景的拍摄都是在照明条件很差 的情况下进行的，因此拥有较大的动态范围将是十分有益的。CMOS 图像传感器通过多斜率操 作实现了这一目标：转换曲线由倾度不同的直线部分所组成，它们共同形成了一个非线性特征 曲线。因此，一幅场景的黑暗部分有可能占据集成模拟-数字转换器转换范围的很大一部分：转 换特征曲线在这里最为陡峭，以实现高灵敏度和对比度。特征曲线上半部分的平整化将在图像 的明亮部分捕获几个数量级的过度曝光，并以一个更加细致的标度来表现它们。采用多斜率的 方式来运作 LUPA-4000 将使高达 90dB 的光动态范围与一个 10

37、 位 A/D 转换范围相匹配。 具有 VGA 分辨率的 IM-001 系列 CMOS 图像传感器在此基础上更进一步； 它们是专为汽车 应用而设计的。其像素由光电二极管组成，可提供高达 120dB 的自适应动态范围。面向汽车应 用的 ACM 100 相机模块就采用了这些传感器， 这种相机模块据称是同类产品中率先面市的全集 成化相机解决方案：该视觉解决方案被看作是面向驾驶者保护、防撞、夜视支持和轮胎跟踪导 向的未来汽车安全系统的关键元件。 此外，对于独立于电网的便携式应用而言，以低功耗特性而著称的 CMOS 技术还具有一个 明显的优势：CMOS 图像传感器是针对 5V 和 3.3V 电源电压而设计

38、的。而 CCD 芯片则需要大 约 12V 的电源电压，因此不得不采用一个电压转换器，从而导致功耗增加。在总功耗方面，把 控制和系统功能集成到 CMOS 传感器中将带来另一个好处：它去除了与其他半导体元件的所有 外部连接线。其高功耗的驱动器如今已遭弃用，这是因为在芯片内部进行通信所消耗的能量要 比通过 PCB 或衬底的外部实现方式低得多。 扩展光谱灵敏度和提高分辨率是大趋势 在现代 CMOS 图像传感器中，一个重要的发展趋势是其光谱灵敏度扩展到了近红外区 NIR(至约 1,100nm 的波长。配备了 IM-001 CMOS 图像传感器的汽车应用将改善雾穿透力和夜 视能力。由于工业图像捕获技术开始

39、运用更多波长位于 NIR 之中的光源，而且生物技术也在利 用该光谱区域中的有趣现象，因此，新开发的 IBIS 5-AE-1300 传感器具有 700900nm 的 NIR 灵敏度。 在面向消费应用的图像捕获技术中，另一个发展趋势是继续提高分辨率。到 2005 年年中， 70%左右的手机相机已具有 VGA 格式分辨率(640×480 像素；但随后的 2006 年，几百万像素 的传感器就将占领 50%的市场份额，而到 2008 年，其市场占有率预计将进一步攀升至 90%以 上。 为此， 赛普拉斯开发了一种用于蜂窝电话的 300 万像素图像传感器， 该产品采用了 Autobrite 技术，

40、可进行 12 位模拟/数字转换，并提供了 72dB 的宽广动态范围，而目前市面上的 10 位模 拟/数字转换器的动态范围仅为 60dB。逐行扫描模式中的帧速率高达 30 帧/秒，因而可录制实况 视频节目。 在工业和商业领域中，这种发展趋势也很明显：赛普拉斯已推出一款用于 Kodak 数码相机 的 1,300 万像素/35mm 图像传感器，另外，660 万像素的 IBIS 4-6600 传感器正在一种面向弱视 人群的自动阅读辅助装置中证明自己的卓越品质它可在一幅完整的标准 A4 页面上提供出 色的分辨率。 凭借技术实现系统集成 由于蜂窝电话、数码相机、MP3 播放机和 PDA 等传统分离型功能

41、设备的加速数字融合(即成为一部紧凑的消费型电子产品，导致人们越来越希望至少具有部分 自主性的子系统能够在一部设备中提供极为宽泛的功能。这种趋势还将对专业测量技术产生影 响：利用包含一个数码相机、PDA 用户接口和 WLAN 联网能力的便携式检验工具，光测试和 监视的应用范围将得到有效的拓展。作为一种平台技术，CMOS 符合这一发展潮流：CCD 图像 转换器仍然需要采用外部逻辑电路来实现控制和模拟/数字转换功能， 而 CMOS 标准逻辑器件则 能够把传感器、控制器、转换器和评估逻辑电路等全部集成到一块芯片之中。 一个典型的例子如专门针对要求苛刻的消费应用而制作的 CYIWCSC1300AA 芯片

42、的 图像捕获电路。 它基于 130 万像素图像传感器 CYIWOSC1300AA 和一个用于提供误差插补、 黑 电平调整、透镜校正、信号互串校正、彩色马赛克修补、彩色校正、自动曝光、噪声抑制、特 效和 校正等等诸多功能的附加信号处理器。 集成更多的系统功能(一直到自主型光电传感器系 统是可行的，这主要取决于诸如市场容量和开发成本等经济目标和限制因素。 当今的 CMOS 图像转换技术不仅服务于“传统的”工业图像处理，而且还凭借其卓越的性 能和灵活性而被日益广泛的新颖消费应用所接纳。此外，它还能确保汽车驾驶时的高安全性和 舒适性。最初，CMOS 图像传感器被应用于工业图像处理；在那些旨在提高生产率

43、、质量和生 产工艺经济性的全新自动化解决方案中，它至今仍然是至关重要的一环。 据市场研究 IMS Research 的预测，在未来的几年中，欧洲工业图像处理市场的年成长率将 达到 6%，其中，在相机中集成了软件功能的智能型解决方案的市场份额将不断扩大。在德国， 据其全国工具机供应商协会 VDMA 提供的数据，2004 年的图像处理市场增长率达到了 14%。 市场调研 In-Stat/MDR 亦指出，单就图像传感器的次级市场而言，其年成长率将高达 30%以上， 而且这种情况将持续到 2008 年。最为重要的是：CMOS 传感器的成长速度将达到 CCD 传感器 的七倍，照相手机和数码相机的迅速普及

44、是这种需求的主要推动因素。 显然，人们如此看好 CMOS 图像转换器的成长前景是基于这样一个事实，即：与垄断该领 域长达 30 多年的 CCD 技术相比，它能够更好地满足用户对各种应用中新型图像传感器不断提 升的品质要求，如更加灵活的图像捕获、更高的灵敏度、更宽的动态范围、更高的分辨率、更 低的功耗以及更加优良的系统集成等。此外，CMOS 图像转换器还造就了一些迄今为止尚不能 以经济的方式来实现的新颖应用。另外，还有一些有利于 CMOS 传感器的“软”标准在起作用， 包括：应用支持、抗辐射性、快门类型、开窗口和光谱覆盖率等。不过，这种区别稍带几分任 意性，因为这些标准的重要程度将由于应用的不同

45、(消费、工业或汽车而发生变化。 细节表现中所面临的难题 就像我们从模拟摄影所获知的那样，拍摄一幅完整场景的照片是一件相当普通的事情，照 相手机同样如此。但是，对于工业或汽车应用来说，情况就大不一样了：有些场合并不需要很 高的全帧数据速率。比如，在监控摄像机中，只要能够发现一幅场景中出现的变化（因为这种 变化可能预示着某种可疑情况） ，那么分辨率低一点也是完全可以接受的。在此基础之上才需要 借助全分辨率来采集更多的细节信息。跟着发生的动作将只在摄像机视场的某一部分当中进行 播放，而且，在所捕获的场景中，只有这一部分才是监控人员所关注的。 对于只提供全帧图像的 CCD 图像传感器而言， 只有采用一

46、个分离的评估电路才能够提供两 个观测角度，这意味着处理时间和成本的增加。然而，CMOS 图像传感器的工作原理则与 RAM 相似，所有的存储位均可单独读出。CMOS 传感器的二次采样虽然提供了较低的分辨率，但是 帧速率较高；而开窗口则允许随机选择一块感兴趣的区域。 CMOS 传感器坐拥高灵敏度、宽动态范围和低功耗优势 最新 CMOS 传感器获得广泛应用的一个前提是其所拥有的较高灵敏度、 较短曝光时间和日 渐缩小的像素尺寸。像素灵敏度的一个衡量尺度是填充因子 (感光面积与整个像素面积之比与 量子效率(由轰击屏幕的光子所生成的电子的数量的乘积。CCD 传感器因其技术的固有特性而 拥有一个很大的填充因

47、子。而在 CMOS 图像传感器中，为了实现堪与 CCD 转换器相媲美的噪 声指标和灵敏度水平，人们给 CMOS 图像传感器装配上了有源像素传感器(APS，并且导致填 充因子降低，原因是像素表面相当大的一部分面积被放大器晶体管所占用，留给光电二极管的 可用空间较小。所以，当今 CMOS 传感器的一个重要的开发目标就是扩大填充因子。赛普拉斯 (FillFactory通过其获得专利授权的一项技术，可以大幅度地提高填充因子，这种技术可以把一 颗标准 CMOS 硅芯片最大的一部分面积变为一块感光区域。nextpage 另外，对于一个典型的工业用图象传感器而言，由于许多场景的拍摄都是在照明条件很差 的情况

48、下进行的，因此拥有较大的动态范围将是十分有益的。CMOS 图像传感器通过多斜率操 作实现了这一目标：转换曲线由倾度不同的直线部分所组成，它们共同形成了一个非线性特征 曲线。因此，一幅场景的黑暗部分有可能占据集成模拟-数字转换器转换范围的很大一部分：转 换特征曲线在这里最为陡峭，以实现高灵敏度和对比度。特征曲线上半部分的平整化将在图像 的明亮部分捕获几个数量级的过度曝光，并以一个更加细致的标度来表现它们。采用多斜率的 方式来运作 LUPA-4000 将使高达 90dB 的光动态范围与一个 10 位 A/D 转换范围相匹配。 具有 VGA 分辨率的 IM-001 系列 CMOS 图像传感器在此基础上更进一步； 它们是专为汽车 应用而设计的。