索尼和Prophesee開發(fā)出小像素、高HDR性能的事件檢測(cè)用堆疊式視野傳感器

日本，東京——索尼公司（下稱：索尼）和Prophesee S.A.宣布，他們已共同開發(fā)了一款事件檢測(cè)用堆疊式視野傳感器，該傳感器擁有業(yè)界較小的4.86μm像素尺寸和業(yè)界較高的124dB（或更高）HDR性能。在2020年2月16日于美國(guó)舊金山舉行的國(guó)際固態(tài)電路會(huì)議（ISSCC）上，索尼公布了該新型傳感器及其性能結(jié)果。

該新型事件檢測(cè)用堆疊式視野傳感器能夠異步檢測(cè)每個(gè)像素的亮度變化，并僅輸出被檢測(cè)到變化的像素的坐標(biāo)和時(shí)間數(shù)據(jù)，從而實(shí)現(xiàn)高效，高速，低延遲的數(shù)據(jù)輸出。盡管體積小，功耗低，但該視野傳感器仍可實(shí)現(xiàn)高分辨率，高速和高時(shí)間分辨率的數(shù)據(jù)輸出。這一成就是通過結(jié)合索尼堆疊式CMOS圖像傳感器的技術(shù)特點(diǎn)而實(shí)現(xiàn)的，其結(jié)果是通過使用Cu-Cu連接*1實(shí)現(xiàn)了較小的像素尺寸和出色的低光性能，以及通過Prophesee的Metavision?事件檢測(cè)的視覺傳感技術(shù)實(shí)現(xiàn)了快速的像素響應(yīng)，高時(shí)間分辨率和高吞吐量數(shù)據(jù)讀出。該新型傳感器適用于各種機(jī)器視覺應(yīng)用，例如在各種環(huán)境和條件下檢測(cè)快速運(yùn)動(dòng)的物體。

*1：將背照式CMOS圖像傳感器部分（頂部芯片）和邏輯電路（底部芯片）堆疊時(shí)，通過連接的Cu（銅）焊盤提供電連續(xù)性的技術(shù)。與硅通孔（TSV）布線相比，通過在像素區(qū)域周圍穿透電極來實(shí)現(xiàn)連接，與之相比，此方法在設(shè)計(jì)上具有更大的自由度，提高了生產(chǎn)率，縮小了尺寸并提高了性能。索尼于2016年12月在舊金山舉行的國(guó)際電子設(shè)備會(huì)議（IEDM）上宣布了這項(xiàng)技術(shù)。

圖1：芯片照片

主要特點(diǎn)

1.實(shí)現(xiàn)了業(yè)界較小的4.86μm像素尺寸的基于事件的堆疊型視野傳感器，體積小，分辨率高

像素芯片（頂部）和邏輯芯片（底部）結(jié)合信號(hào)處理電路，檢測(cè)亮度變化基于異步增量調(diào)制法分別排列。兩個(gè)單獨(dú)芯片的每個(gè)像素都使用Cu-Cu連接*1以堆疊配置進(jìn)行電連接。除了業(yè)界較小的4.86μm像素尺寸，該傳感器通過采用精細(xì)的40nm邏輯工藝實(shí)現(xiàn)高密度集成，為1/2英寸，1280x720高清分辨率。

2.通過高光孔進(jìn)光率*2達(dá)到業(yè)界較高124dB HDR性能（或更高）

通過在像素芯片（頂部）只放置背光像素和N型MOS晶體管的一部分，將光孔進(jìn)光率*2提高到77%，從而實(shí)現(xiàn)業(yè)界較高的124dB HDR性能（或更高）。索尼在CMOS圖像傳感器開發(fā)過程中經(jīng)年累積的高靈敏度/低噪聲技術(shù)使得事件檢測(cè)能在微光條件下（40mlx）進(jìn)行。

*2：每個(gè)像素的光入射面的孔徑（遮光部分除外）比率。

圖2: 像素圖

3. 高時(shí)間分辨率、高輸出的事件數(shù)據(jù)讀出

基于幀的傳感器根據(jù)幀率以固定的間隔輸出整個(gè)圖像，而基于事件的傳感器則使用行選仲裁器電路*3異步選擇像素?cái)?shù)據(jù)。通過將1μs精度的時(shí)間信息添加到亮度發(fā)生變化的像素地址，可以確保高時(shí)間分辨率的事件數(shù)據(jù)讀出。此外，通過有效壓縮事件數(shù)據(jù)，即每個(gè)事件的亮度變化極性、時(shí)間和x/y坐標(biāo)信息，已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了1.066Geps*4的高輸出事件率。

*3：與亮度發(fā)生變化的多個(gè)像素的請(qǐng)求相對(duì)應(yīng)，在Y軸方向上確定優(yōu)先順序的電路。

*4：每秒的事件數(shù)。

圖3：事件數(shù)據(jù)讀出示意圖

圖4：拍攝圖像示例1

*夜間拍攝

圖5：拍攝圖像示例2

*夜間拍攝

主要參數(shù)

（本文摘譯自英文發(fā)表資料，供參考）