Progressive Scan ПЗС-датчик изображения. CMOS-сенсор изображения пришёл на смену ПЗС-сенсорам изображения, также известным как CCD Progressive Scan. Ранее CCD широко применялся и поставлялся всеми ведущими производителями сенсоров изображения.

Камеры видеонаблюдения с ПЗС-матрицей CCD обладали превосходным WDR (широким динамическим диапазоном), поэтому камеры с этим типом датчиков изображения хорошо работали в условиях низкой освещённости.

Камеры видеонаблюдения с ПЗС-матрицей, как правило, были менее подвержены проблемам с желеобразным изображением и вибрацией по сравнению с камерами на базе КМОП-матриц. Это связано с тем, что в CMOS-матрицах используется «скользящий затвор» (rolling shutter), при котором изображение считывается последовательно сверху вниз.

В свою очередь, ПЗС-камеры видеонаблюдения использовали «глобальный затвор» (global shutter), при котором экспозиция выполнялась одновременно для всего сенсора. Благодаря этому CCD-камеры были менее подвержены появлению эффекта желе и искажений изображения при вибрациях.

Однако со временем данная технология устарела, и на смену CCD-сенсорам изображения пришли CMOS-сенсоры. Некоторые пользователи ещё застали период, когда камеры с CCD Progressive Scan занимали значительную часть рынка камер безопасности.

Сенсор OV4688 SCAN MODE: PROGRESSIVE поддерживает синхронизацию для двух режимов расширенного динамического диапазона (HDR): последовательного HDR на основе кадров и шахматного HDR на основе строк.

Основным преимуществом шахматного режима перед последовательным является значительное уменьшение артефактов движения на получаемых изображениях.

Повышенная производительность сенсора, а также возможность записи видео с разрешением 4 Мп и частотой 90 кадров в секунду (fps) позволяют получать высококачественное видео, выполнять высокоскоростную фотосъёмку с нулевой задержкой затвора, а также записывать HDR-видео с частотой 30 кадров в секунду.

OV10640 SCAN MODE: PROGRESSIVE — это первый в автомобильной промышленности сенсор изображения, в котором используется технология подсветки с обратной стороны, обеспечивающая высокую чувствительность. В сенсоре применяется запатентованная технология OmniHDR®-S от OmniVision, обеспечивающая широкий динамический диапазон (HDR) до 120 дБ в компактном корпусе автомобильного класса.

Благодаря этим характеристикам OV10640 является эффективным решением для широкого спектра современных систем помощи водителю (ADAS), включая круговой обзор на 360 градусов, камеру заднего вида, системы машинного зрения, обнаружение объектов в слепых зонах и предупреждение о выходе за пределы полосы движения.

Сенсор с размером пикселя 4,2 мкм и технологией OmniBSI™ способен создавать изображения с высоким уровнем детализации при разрешении 1,3 Мп, а также записывать видео со скоростью 60 кадров в секунду (к/с).

OV10640 оснащён современными механизмами безопасности, обеспечивающими функциональную безопасность в соответствии с требованиями ISO 26262. Сенсор выпускается в корпусе a-CSP™ и соответствует требованиям автомобильного стандарта AEC-Q100, класс 2.

CMOS Global Shutter используется преимущественно в промышленных камерах машинного зрения. Глобальный затвор обеспечивает одновременное считывание информации со всех пикселей с одинаковой экспозицией, что позволяет избежать эффекта смазывания изображения при съёмке быстро меняющихся сцен или объектов, движущихся с высокой скоростью.

В отличие от него, CMOS Rolling Shutter со скользящим затвором выполняет считывание изображения построчно. При быстром движении объектов это может привести к искажениям формы, смазыванию и появлению эффекта «желе» на изображении.

При этом производство CMOS Global Shutter является более сложным и затратным процессом, что напрямую влияет на стоимость камер с такими сенсорами. Рассмотрим модельный ряд сенсоров Global Shutter Sony CMOS Pregius и Pregius S.

С выходом сенсоров изображения нового поколения с улучшенной светочувствительностью появились CMOS-сенсоры типа BSI (Back-Side Illumination), которые обеспечивают более чем двукратное превосходство по светочувствительности по сравнению с традиционной архитектурой сенсоров с фронтальной засветкой пикселя — FSI (Front-Side Illumination).

Технология BSI позволила значительно повысить эффективность использования света, поступающего на пиксель, что стало важным этапом развития CMOS-сенсоров изображения для камер видеонаблюдения и других специализированных применений.

CMOS Sony STARVIS и STARVIS 2 — это усовершенствованные CMOS-сенсоры изображения, построенные на архитектуре с обратной подсветкой пикселя BSI (Back-Side Illumination). Данная технология позволила значительно улучшить светочувствительность сенсоров изображения за счёт изменения конструкции пикселя и повышения эффективности захвата света.

Архитектура BSI отличается от традиционной технологии фронтальной засветки пикселя FSI (Front-Side Illumination), благодаря чему фотодиод получает больше света, что особенно важно для камер видеонаблюдения, работающих в условиях недостаточной освещённости.

Технология BSI (Backside Illuminated) позволяет эффективнее использовать поступающий свет благодаря переносу проводников и транзисторов за пределы фотодиода. Это увеличивает площадь светоприёмной области пикселя и повышает чувствительность сенсора изображения.

Многие пользователи, знакомые с фототехникой, удивляются тому, что камеры видеонаблюдения также используют BSI-сенсоры. Однако Sony разработала отдельную линейку для систем безопасности, получившую название STARVIS.

Поколение STARVIS не только обеспечило улучшенную светочувствительность, но и расширило возможности камер наблюдения, включая получение цветного изображения при более низком уровне освещённости и использование возможностей ближнего инфракрасного диапазона.

На представленной ниже схеме показано, какие сенсоры изображения производила компания Sony в разные годы.

Как видно из схемы, по состоянию на 2020 год в линейке CMOS-сенсоров для систем безопасности оставалась модель IMX385. Однако позднее компания Sony прекратила её производство, полностью перейдя на выпуск сенсоров нового поколения, разработанных на передовой светочувствительной платформе BSI.

Новая архитектура получила название STARVIS. В технической документации Sony эти сенсоры относятся к типу с обратной подсветкой пикселя BSI (Back-Side Illumination).

Рассмотрим актуальные данные на 2024 год и начало 2025 года, а также сравним типы сенсоров изображения, которые компания Sony разрабатывает специально для систем безопасности и камер видеонаблюдения.

Следует отметить, что ведущие разработчики сенсоров изображения для камер видеонаблюдения, такие как OmniVision, ON Semiconductor, GalaxyCore, SOI и SmartSens, также перешли на разработку сенсоров на основе общей платформы BSI (Backside Illumination), продолжая самостоятельное совершенствование данной технологии.

Современные сенсоры с технологией BSI и особенно нового поколения BSI 2 обеспечивают более высокую светочувствительность и лучше подходят для современных систем видеонаблюдения, где качество изображения в условиях низкой освещённости является одним из ключевых параметров.