大话苹果TOF LiDAR___全域快门激光图像传感器

3D传感技术就这样变得越来越无处不在。包括全域快门图像传感器、VCSEL、射出成型以及玻璃光纤、绕射光学元件(DOE)和半导体封装技术等供应商们正从中获益。

今天的大话苹果TOF LiDAR就来聊聊它是如何使用全域快门图像传感器的。

全域快门图像传感器最早是为了解决工控设备的机器视角应用而催生起来，由于其出色的性能被不断优化，行业希望能用在普通照相上。

如赛普拉斯公司2010年就推出过一款用于高端机器视觉市场的高敏感度、高速CMOS图像传感器。全新的250万像素VITA25K传感器拥有市场上单器件最大的数据吞吐能力，并带有流水线和触发式全域快门。该传感器具有32个10-bit数字低压差分信号(LVDS)输出，可以允许图像数据通过标准的工业协议进行低功耗、低噪声传输。每个通道以620Mbps的速率运行，从而实现53帧每秒(fps)的无畸变高帧频和快速读出。VITA25K是高端机器视觉应用的理想选择，适用于检验机、生物检测(如下一代掌纹读取仪)以及智能交通系统等。

VITA25K传感器光学尺寸为35mm，具有单色或彩色输出。流水线全域快门可以在读出时进行曝光，从而减少运动产生的模糊效应。该传感器还可以工作在滚动快门模式，通过相关双采样(CDS)减少噪声并提高动态范围。客户可以根据需要将传感器图像的画面分割为最多32块感兴趣的区域，进行更详细的观察。

由于全域快门图像传感器在弱光环境下感光元件的性能要求很高，才能发挥其巨大优势，所以近年来一直被用在不计成本的工业领域。

随着近年来技术的突破，业界也希望全域快门图像传感器能用在车载视觉探测上。

如传感器解决方案供应商ams（艾迈斯半导体）就推出型号为CMV50000的高速4800万像素全域快门CMOS图像传感器，可用于要求严苛的机器视觉应用，CMV50000采用4.6µm像素、35mm格式的7920 x 6004阵列，此为CMOS图像传感器性能的一大突破。它在全分辨率或4K及8K分级模式，能以高速30帧/秒、12位像素深度运作。甚至也能在更快的60帧/秒，也能以4K分辨率进行像素次的采样。全域快门能捕捉到快速移动物体，不产生图像扭曲的情况。使得在此架构下，传感器在全分辨率下提供64dB的光学动态范围，在分级4K模式下则能高达68dB。甚至，传感器的新型芯片具备降噪电路，能够支持在低光下捕捉高品质图像。

日本索尼公司也开发出配备了全域快门功能背照式CMOS图像传感器。

传感器每个像素下方均配备新开发的低电流紧凑型A / D转换器。这些A / D转换器可立即将来自同时曝光的像素模拟信号并行转换为数字信号，以将其暂时存储在数字存储器中。这种架构消除了读出时间偏移造成的焦平面失真，使其可以提供全局快门功能。

A/ D转换器和数字存储器都采用堆叠结构，这些元件集成在底部芯片中，顶部芯片上每个像素之间的连接使用铜互联。

但不管怎么说，全域快门上的CIS芯片性能是不如传统幕帘快门上CIS性能的。这个问题在像素间距较小的传感器上是比较明显的。佳能为了解决这个问题，开发出3.4 µm的像素间距传感器通过多重累计快门技术以及倾斜光导结构来解决这一问题，可以实现120fps高速拍摄并实现1.8个电磁噪声16,200个阱电容的电荷存储。灵敏度和寄生光灵敏度分别为 28,000 e−/lx·s and −89 dB。

然而苹果在此次的TOF模组上则进行了取巧，由于CMOS电路只是监测激光光斑单波长信号，所以不存在受环境光影响问题，另外TOF激光传感器不用生存详细的细节相片，只是捕捉特征点的深度信号，所以对于激光进光量的多少要求也很低，只要捕捉到了激光光子信号就行，因而让全域快门激光图像传感器的性能指标上大幅降低。

不过苹果也不是没有对全域快门激光图像传感器进行改善，为了适应TOF激光测距需求，全域快门激光图像传感器的快门速度调到了最高，然后把每一次采集到的TOF激光层相片与视频画面融合，生存3D可控画面。

由于没有一个真正的TOF激光云图生存，所以基本上TOF采集的3D激光信息不会单独合成为完整的生物信息特征图，没有所谓的隐私安全性上的顾虑，从而避开了监管风险，让搭载了TOF激光深度信息功能的电子产品，能在美国真正上市，而不需要提供原代码审查。

上面的ams和索尼都是苹果的全域快门图像传感器供应商，这一次TOF的全域快门激光图像传感器是不是两家同时在供应，还是苹果为了保护产品机密选择了第三方，或许要等真正的完全拆解报告出来了。