1771765324
2026-02-22 12:41:00
Недавнее техническое публикация под названием CMOS-матрица с высокой частотой кадров и низким уровнем шума с глобальным затвором для высокоскоростного машинного зрения представляет дизайн и характеристики новейшего флагманского сенсора Forza Silicon. В документе описываются архитектура, стратегия считывания, шумовые характеристики и высокоскоростной интерфейс CMOS-устройства с глобальным затвором 4K, разработанного для экстремальной частоты кадров. Хотя основным целевым рынком является машинное зрение, технические характеристики сразу же привлекают внимание всех, кто следит за разработкой датчиков для кино и захвата движения.
CMOS-матрица с высокой частотой кадров и низким уровнем шума с глобальным затвором для высокоскоростного машинного зрения
ForzaFAST581 — это флагманский датчик изображения с глобальным затвором 4K, разработанный Forza Silicon, частью AMETEK, той же корпоративной группы, которая владеет Vision Research, производителем высокоскоростных камер Phantom, используемых в кино, визуальных эффектах, научных исследованиях и расширенном анализе движения. Это не экспериментальная конструкция, а серийный датчик, представленный в подробной технической документации и предназначенный для высокоскоростного профессионального применения. Датчик имеет собственное разрешение 3840 × 2160, что соответствует 4K. В нем используется 5-микрометровый пиксель с задней подсветкой и конструкция глобального затвора в области напряжения, созданная по 65-нанометровому техпроцессу. Хотя он в первую очередь ориентирован на машинное зрение и научную визуализацию, его эксплуатационные характеристики напрямую связаны с захватом движения в кино.
Фотоматрица датчика изображения (ForzaFAST581) в 268-контактном корпусе LGA.
При полном разрешении 4K сенсор может работать со скоростью 1141 кадр в секунду в 12-битном режиме. Если разрядность уменьшается до 10 или 8 бит, частота кадров увеличивается еще больше. На практике большинство кинокамер записывают 24, 60 или 120 кадров в секунду при полном разрешении. Когда требуется очень высокая частота кадров, разрешение обычно снижается. Здесь поддерживается полный кадр 4K, превышающий 1100 кадров в секунду. Минимальное время экспозиции составляет менее 2 микросекунд, что позволяет снимать очень быстрое движение без видимого размытия изображения. Это тип производительности, который обычно ассоциируется со специализированными высокоскоростными системами, а не с кинокамерами общего назначения. Чтобы поддерживать эту скорость, датчик перемещает очень большой объем данных. Он использует 16 высокоскоростных выходных линий, каждая из которых работает со скоростью 7,44 гигабит в секунду. Проще говоря, датчик спроектирован так, чтобы обрабатывать огромные объемы данных, сохраняя при этом стабильность и точность синхронизации.
Блок-схема датчика изображения
Большинство современных кинокамер используют роллетный затвор. В системе рольставен изображение считывается построчно сверху вниз. Если во время сканирования камера или объект перемещаются быстро, вертикальные линии могут выглядеть наклоненными, а быстрое движение может выглядеть искаженным. Этот эффект часто заметен при съемке с рук, в боевых сценах или при съемке быстродвижущихся объектов. Глобальный затвор захватывает весь кадр в один и тот же момент. Каждый пиксель экспонируется одновременно. Это исключает перекос и колебание. Быстрое движение кажется геометрически правильным, поскольку изображение не сканируется последовательно. Такое поведение важно для таких приложений, как отслеживание визуальных эффектов, анализ движения или высокоскоростная кинематография. Исторически сложилось так, что конструкция глобальных ставен сопряжена с компромиссами. Они имели тенденцию производить больше электронного шума и меньший динамический диапазон по сравнению с датчиками с рольставнями. Это одна из причин, по которой рольставни стали доминировать во многих кинокамерах.
Монохроматический захват с 12-битным разрешением и частотой 1100 кадров в секунду.
В этом датчике темновой временной шум в режиме глобального затвора определяется примерно на уровне 3 электронов с высоким коэффициентом усиления. В режиме рольставней он даже немного ниже. Не вдаваясь в детали полупроводников, можно сказать, что более низкий уровень шума означает более чистые тени и более стабильную информацию об изображении в условиях низкой освещенности. Динамический диапазон составляет 68 децибел в режиме высокого усиления, что соответствует примерно 11–12 стопам. Это ниже, чем у некоторых датчиков, ориентированных на кино, которые отдают предпочтение экстремальному динамическому диапазону, но это очень много для датчика, работающего с такой высокой скоростью. Датчик также предлагает режим низкого усиления со значительно большей полной емкостью лунки, что означает, что он может обрабатывать более яркие сцены без обрезки, хотя он не объединяет оба режима усиления в один кадр HDR. Еще одним ключевым параметром является паразитная светочувствительность, которая измеряет, сколько нежелательного света попадает в области хранения внутри пикселя. В этой конструкции он сохранен крайне низким. На практике это означает более чистую работу глобального затвора с меньшим количеством артефактов.
Таблица технических характеристик ForzaFAST581
ForzaFAST581 не продается как киносенсор. Он предназначен для промышленных и научных систем, где требуются экстремальная частота кадров и точный захват движения. Однако его характеристики показывают, что работа глобального затвора больше не означает автоматического снижения качества изображения. Остальные препятствия на пути использования такого сенсора в компактных кинокамерах в основном носят практический характер. Штамп физически большой, что влияет на стоимость и производительность производства. Потребляемая мощность при максимальной производительности составляет около 5,5 Вт, что вполне осуществимо в специальной высокоскоростной системе с активным охлаждением, но более сложно для камер меньшего размера. В архитектуре также приоритет отдается скорости перед передовыми встроенными технологиями HDR, которые распространены в современных сенсорах, ориентированных на кино. Тем не менее, этот датчик демонстрирует, что глобальный затвор 4K со скоростью более 1100 кадров в секунду и контролируемым шумом технически достижим. Ограничение больше не в том, можно ли это сделать, а в том, как это интегрируется в полноценные системы камер. Нажмите здесь для публикации.
#Встречайте #флагманский #сенсор #Forza #кадров #секунду #глобальный #затвор
По теме
