Page 21 - CMOS影像感測器的元視覺：超越人眼看世界

透過CIS技術，我們能輕鬆地 處理、重現並儲存巨量的影像資 訊。因此，行動裝置必須處理大量 的資料，並再次驅使應用處理器 (AP)或扮演大腦角色的記憶體， 在其處理容量與效能出現爆炸式 的增加。此外，攝影機因使用者的 觀點而取得更多的重要性，導致行 動裝置出現多樣性。
如人眼般的視覺
要在黑暗中看得清楚，需要 放大來自少量光線的訊號，同時 儘可能地抑制非光訊號(雜訊)。此 外，要在明亮環境條件下視物，必 須接收大量的光並妥為區別。藉 由諸如訊號雜訊比(SNR)和動態範 圍(DR)等指標，則可將這些特性加 以量化。
寒武紀時期期間所發生的變 化，已透過電子裝置而反映在我們 的日常生活中。而最近開啟「零接
圖1展示CIS的基本畫素(PX) 結構及其運作特性。物體反射的光 線穿過光學系統，並進入光電二極 體，而當光線的光子能量超過半導 體的能隙能量時，會造成e-/h+配
在低光SNR方面，業界已針對 放大訊號和減少有害雜訊而做出 許多努力了。現在，我們正持續改 善這些特性到5勒克斯(lux)的程 度——5lux是相當暗的環境。而說 到DR，儘管人眼的場景內(intra- scene)和場景間(inter-scene) DR 通常分別為120dB和180dB，但目 前智慧型手機的場景內和場景間 DR分別是70dB和120dB且正持 續改進中。
COVER STORY
大約在5億4千萬年前，一場史稱「寒武紀大爆發」(Cambrian explosion)的生物快速演化，導致 許多物種出現多樣性。造成這種多樣性的理由之一，是各種感知器官的發展，而「眼睛」的出現則 是這個過程中最重要的事件。
觸」時代的新冠肺炎(COVID-19)疫 情，更加快了這一多樣性的發生速 度，並導致電子裝置爆炸式成長。 疫情預計不久之後將會落幕，但這 股潮流將會持續下去。
CIS的最重要角色是精準重現 我們透過眼睛所看到的世界。我們 期望它能達到類似人眼的解析度， 而且不管在黑暗或明亮的環境中都 必須一目瞭然，同時還要能辨識高 速移動的物體。
類似的現象也出現在我們所使用 的電子裝置上。隨著數位化進程 持續，攝影機在行動裝置中扮演著 眼睛的角色，而CMOS影像感測器 (CMOS image sensor;CIS)則能 夠像視網膜般地擷取影像。
對。累積和讀取此訊號使得2D影 像能依據光的強度而成形。矽的 能隙能量為1.1eV，而此能量可能 涵蓋人眼的整個可見光譜。
圖1:CIS的基本畫素結構和運作特性。 畫素尺寸和解析度的競賽將
影響這些特性的最重要成因 是畫素尺寸與解析度。對於較高 的CIS解析度，畫素尺寸必須小一 點。為了在具有相同解析度的較小 範圍內運用CIS，畫素尺寸也必須 更小。其關鍵要素在於儘管畫素尺 寸變小，上列特性都得維持在相同 的程度。
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