用于安防相机的图像传感器技术 STARVIS™/STARVIS 2 | 安防用图像传感器 | 技术

概述

STARVIS技术

STARVIS是索尼在挑战识别功能的极限过程中开发出来的一项以超高感光度为特征的技术，旨在向人们提供安全、安心和便利，为社会带来繁荣。
该技术具备超越人眼的感光度，即使在暗处也能够识别物体的形状和颜色，准确地获得必要的信息，从而为社会的安全和安心提供支援。

STARVIS 2 是由STARVIS发展变化而来的一种支持更高动态范围的技术。

技术说明

超越人眼的超高感光度性能

图像传感器的作用是捕捉光线并将其转换为电信号，进而再转换为图像等数据。即使在暗处也能够准确拍摄，是图像传感器的一个重要性能。由于在暗处只有微弱的光线，因此，如何无遗漏地捕捉到这些微弱的光线，并在不产生噪点的前提下将其高效地转换为电信号就非常重要。

STARVIS技术就能够实现上述要求，即使在没有路灯的黑暗小巷等暗处，也能够捕捉到微弱的光线，并在抑制噪点的同时，将其转换为电信号，真实地再现被摄体的颜色及形状。

实现高感光度的技术

光线经由相机的镜头，进入到图像传感器。通过光电二极管，可将光信号转换为电信号。要想实现高感光度，关键就是要设法将光线高效地收集到光电二极管上。

在图像传感器中，光电二极管的配置排列，对感光度会造成较大影响。在前照式结构中，光电二极管位于布线层的下方。因此，光线在到达光电二极管之前，在布线层就被反射或吸收，从而导致感光度下降。与之相比，在背照式结构中，光电二极管配置在布线层的上方。由于光线不会损耗在布线层，因此可以使进入光电二极管的光线大幅增加。经过这一改进，感光度提高了约4.6倍^*1。

此外，缩短收集光线的片上镜头与光电二极管之间的距离，可以使更多斜射光线进入到光电二极管中，并通过与F值较小的明亮镜头进行组合，还可以进一步提高暗处的成像性能。

*1) 用于安防相机的图像传感器IMX236（前照式结构）和IMX585（背照式结构）的比较

实现低噪点的技术

在图像传感器中，通过光电二极管捕捉光线，并将光信号转换为电信号，然后再将其作为数字值，进行图像输出。对于光线较暗的图像，通过对信号进行放大（增益），可以获得更为明亮的图像。但是，包含在电信号中的噪点也会被一同放大，从而导致图像变得粗糙。

索尼公司开发的Super High Conversion Gain技术，是在光子被转换为电信号后，噪点尚且较少的状态下对信号进行放大，因此可以相对减少随后的噪点。与传统技术相比，该技术能够在抑制噪点影响的状态下对电信号进行放大，因此，即使在暗处也可以拍摄到低噪点的图像。而低噪点的图像，也有助于提高目视及AI的识别精度。

捕捉人眼看不到的光线

搭载在智能手机摄像头或单反相机中的图像传感器，通常情况下按照再现我们所看到的光线（可见光）来设计，但安装在安防相机中的图像传感器，有时还需要能够再现人眼看不见的近红外光（NIR：Near-Infrared）。

比如在夜晚的住宅街区或高速公路等光线可能会妨碍生活或者可能会引发危险的情况下，就会用到近红外光照明。

STARVIS技术即使在近红外光的照明条件下也能够清晰成像。如果图像传感器在近红外光领域的感光度足够高，就可以抑制近红外光的照明，从而削减照明的发热和耗电量。

提高了近红外光（NIR）的感光度

近红外光的波长，要比可见光更长一些。当光电二极管的材质为硅（Si）时，蓝色等波长较短的光线将在光电二极管的表面附近被吸收，而绿色、红色等波长较长的光线，则在光电二极管的深处被吸收。通过加深光电二极管的深度，提高了对近红外光的吸收率。

此外，STARVIS 2还通过把光电二极管的入射面设计成凸凹形状，使光线进行衍射，从而提高了对近红外光的吸收率。这类结构的采用使传感器对近红外光的感光度得以大幅提高。

防止过曝功能

图像传感器可以根据场景的亮度，输出最佳的图像，当整个场景比较明亮时，通过缩短接收光线的时间（曝光时间），确保光线不会从光电二极管溢出。反之，当整个场景比较黑暗时，则通过延长接收光线的时间，让尽可能多的光线进入光电二极管中。

在逆光或隧道出口等非常明亮的部分与黑暗的部分同时存在的场景中，明亮的部分可能会过度曝光，而黑暗的部分则会出现暗部模糊现象，导致无法清晰拍摄被摄体。从明亮区域到黑暗区域都能够清晰拍摄到被摄体，被称为高动态范围，而实现这一效果的功能就被称为HDR（High Dynamic Range：高动态范围）功能。

DOL HDR

当DOL HDR（Digital-Overlap High Dynamic Range）功能启用时，图像传感器将先拍摄1张曝光时间较短的图像来匹配亮处，再拍摄1张曝光时间较长的图像来匹配暗处，并对它们进行重叠合成以实现HDR。

但是由于2张图像存在细微的时间差，因此，在拍摄高速运动的被摄体时，有时会发生运动部位出现轮廓模糊或颜色变化等伪影现象。

Clear HDR

当Clear HDR功能启用时，图像传感器会同时拍摄用于匹配亮处的低增益图像和用于匹配暗处的高增益图像，然后再进行图像的重叠合成^*2。

采用这种方法可同时获取2张图像，因此，即使是拍摄高速运动的被摄体，也能获得没有色差等伪影的图像。
Clear HDR功能不仅适用于安防相机，还适合交通监控及行车记录仪等需要拍摄高速移动被摄体的应用。

*2) 要形成最终图像，需要通过相机对这些输出的图像进行合成。IMX585在启用Clear HDR功能时，可在内部进行合成。

STARVIS技术的进化

人们对于日常生活中“看不见”的部分，往往会感到不安。STARVIS在挑战技术极限的过程中，实现了超越人眼的感光度。不仅如此，为了捕捉到人眼无法感知的红外光或者对明暗对比极为强烈的场景进行拍摄，STARVIS技术还在持续不断地发展进化。

结构改进和性能提升

通过将前照式结构变更为背照式结构，诞生了可实现超高感光度的STARVIS技术。（参照实现高感光度的技术）　其后，通过进一步加宽加深光电二极管、设法改进光电二极管之间的隔断结构及材质等措施，不仅能够捕捉到更多的光线，而且感光度和动态范围也得以不断提高。除了光电二极管和结构之类的改善外，还提高了片上镜头的集光性和透射率，增大了彩色滤光片的透射率，提升了光电转换效率等等。另外，通过探索最佳材质及研究开发，追求纳米单位的制造精度等，STARVIS技术正在日益完善。

STARVIS和STARVIS 2都是应用于安防方面的CMOS图像传感器背照式像素技术。1μ㎡具有2000ｍV以上（彩色规格产品、706cd/㎡光源成像时、F5.6、按曝光时间1s换算）的感光度，除了可见光领域，还覆盖了近红外领域，可实现画质优异的成像效果。STARVIS 2不仅具备上述性能，与相同像素尺寸的STARVIS相比，单次曝光时的动态范围提升了8dB以上（AD 12bit）。

STARVIS､ STARVIS 2和徽标是索尼集团(株) 的商标。