CMOS SONY STARVIS 2 описание технологии

 
Что такое STARVIS: -  это модельный ряд светочувствительных сенсоров изображения Sony следующего поколения разработанных Sony целенаправленно для приложений безопасности - камеры наблюдения. STARVIS, STARVIS 2 и логотип являются зарегистрированными товарными знаками или товарными знаками Sony и ее дочерних компаний. 

Одной из важных функций камер безопасности является возможность создания четких изображений в темных местах сложной освещенности. Камеры наблюдения с применяемыми новейшими датчики изображения Sony с технологией STARVIS/STARVIS 2 обладают чувствительностью, значительно превышающей чувствительность человеческого глаза. Они обеспечивают превосходную производительность при мониторинге при слабом освещении, они не только захватывают цели в темных местах, но даже четко визуализирует их текстуры, а также способны захватывать изображение в цвете в условиях низкой и крайне низкой освещенности. Что не было доступно когда-либо ранее для камер наблюдения.

 Светочувствительные сенсоры изображения разработанные целенаправленно для приложений безопасности камеры наблюдения. Пиксельная технология STARVIS, и STARVIS 2 представляют собой пиксельную технологию с обратной засветкой, специально разработанную для датчиков изображения CMOS для приложений камер безопасности. Они имеют минимальную чувствительность 2000 мВ/мкм2 (цветовой продукт при визуализации с источником света 706 кд/м2, эквивалент накопления F5,6 в 1 с) и обеспечивают высокое качество изображения в видимом свете, а также в ближнем инфракрасном диапазоне. Новый STARVIS 2 также предлагает широкий динамический диапазон (AD 12 бит) более 8 дБ при одной экспозиции, что шире, чем у пикселя STARVIS того же размера.

Это видео презентация - что такое сенсоры изображения SONY STARVIS 2 второе поколение пиксельной технологии SONY STARVIS

*) STARVIS, STARVIS 2 и логотип являются зарегистрированными товарными знаками или товарными знаками Sony и ее дочерних компаний.

Поскольку запрос на датчики изображения для камер безопасности, которые контролируют помещения, растет день ото дня, требуемые от них характеристики также становятся все более совершенными. Выполнение всех этих требований, в том числе низкая освещенность, позволяющая различать цели даже в темных местах, широкий динамический диапазон для распознавания лиц даже на фоне источника света, например, в подъездах, и производительность, позволяющая точно записывать изображения движущихся целей. Не вызывая размытия или цветовых оттенков, было задачей на уровне, которую невозможно выполнить только с помощью улучшений обычных датчиков. Именно поэтому был разработан STARVIS 2. Перепроектировав структуру своего датчика изображения с нуля, компания успешно реализовала характеристики, не имеющие себе равных. Его команда разработчиков объясняет, что достижение этих выдающихся характеристик было чрезвычайно сложным проектом, в котором две процедуры разработки совершенно новой технологии и ее коммерциализации в виде продукта протекали одновременно, несмотря на крайне неблагоприятные условия разработки во время кризиса COVID-19. Было два главных ключа к успеху этого сложного проекта: опыт и командная работа, возможная только для Sony Semiconductor Solutions Group.

Как происходила разработка нового типа датчика изображения STARVIS - ответы разработчиков продукта:
― Как рынок отреагировал на первый в мире * 2 продукт, оснащенный CMOS-датчиком изображения с задней подсветкой для камер видеонаблюдения?

* 2: Запуск STARVIS в августе 2014 года, по данным Sony.

Симидзу: Когда был представлен STARVIS, у нас были CMOS-датчики изображения с фронтальной и тыловой подсветкой с одинаковым разрешением Full HD и одинаковым количеством пикселей. Сравнение этих двух продуктов можно было проводить в одних и тех же условиях, поэтому мы проводили деловые обсуждения с клиентами, в ходе которых они изучали фактические различия между ними. Существовали значительные различия в производительности этих двух датчиков изображения, и каждый мог четко увидеть разницу в полученных видео. Наши клиенты были поражены, когда они оставили такие комментарии, как «Впечатляет!», и мы получили положительные оценки из многих источников.

Продолжая одновременно с созданием новых технологий и разработкой продуктов,
STARVIS 2 достиг непревзойденных характеристик, которые были впервые замечены в мире
*3
3: Запуск STARVIS 2 в июне 2021 года, согласно данным Sony.*

Симидзу: Это было вызвано запросами наших клиентов. Хотя STARVIS добился большей чувствительности при низкой освещенности и улучшенного качества изображения, были также отдельные запросы на расширение его динамического диапазона, чтобы можно было точно распознавать лица даже в таких ситуациях, как подъезды, где снаружи яркое освещение, и при съемке изображений против этого света. Встречный источник света приводит к засветкам на изображении, к примеру засвечивает лица, которые становиться темными и затененными. Разработка STARVIS 2 стала отвечать этим запросам.

―― Как вы продвигались к разработке STARVIS 2?
Ширахама: Чтобы еще больше расширить динамический диапазон, не жертвуя характеристиками STARVIS при низкой освещенности, мы подумали, что можем применить технологический процесс и схемотехнику, разработка которых велась в нашей компании. Поэтому мы сосредоточились на создании этих двух типов технологий.
Хотя их разработка все еще находилась в стадии изучения и, следовательно, еще не была технологически отлажена, наш график коммерциализации уже был определен, поэтому нам пришлось действовать одновременно как с технологическим внедрением, так и с коммерциализацией.

―― С чем вам пришлось столкнуться при разработке STARVIS 2?

Кавамура: В соответствии с нашей политикой развития мы постоянно совершенствуем продукты, сохраняя их сильные стороны. На этот раз для решения вопроса расширения динамического диапазона возникла необходимость увеличить насыщенность фотодиода. Поэтому вместо того, чтобы прикреплять фотодиод к обычной поверхности кремния, мы разработали структуру, которая накапливала электрический заряд в вертикальном направлении внутри кремния

В то же время мы также представили новую технологию для расширенного динамического диапазона*4.

* 4: Функция, позволяющая захватывать изображения с большим разбросом яркости (динамический диапазон). Это позволяет захватывать более широкий диапазон яркости, а автоматическая регулировка яркости уменьшает затемнение или засветку.

Мы должны были продолжить разработку этих двух новых структур, которые еще не были созданы, оставаясь в рамках графика коммерциализации, поэтому это было сложной задачей в чрезвычайно сжатые сроки разработки.

Несмотря на большие трудности при разработке датчиков изображения STARVIS 2-го поколения команде Sony удалось добиться высоких результатов и ввести новый стандарт датчиков изображения.  Перейти к первоисточнику
 

Технические характеристики

Достижение высокой чувствительности.
В отличие от датчиков изображения с фронтальной подсветкой, датчики изображения с задней подсветкой STARVIS/STARVIS 2 могут собирать больше света на фотодиоды, не перекрытые проводкой или цепями, что обеспечивает высокую чувствительность. (См. рис. 1)

Пиксели, специально разработанные для камер безопасности, могут захватывать четкие изображения в условиях низкой освещенности с деталями, которые человеческий глаз и обычные камеры безопасности не могут определить, например, цвета, формы и текстуры объектов. (см. фото 1)

[Фото 1] Сравнение производительности в условиях низкой освещенности (освещенность 0,08 люкс)

Тип 1/2.8, F=1.4, Эксп. 1/60 с, частота кадров 30 кадров в секунду, усиление 48 дБ, с IRCF


Качество изображения в ближней инфракрасной (NIR) области

В то время как традиционным камерам для съемки требуется видимая световая среда, камерам безопасности может потребоваться изображение в ближнем инфракрасном (NIR) спектре света. Все существующие модели датчиков изображения Sony для обеспечения безопасности оснащены функцией высококачественного изображения NIR, позволяющей вести съемку с помощью излучения NIR в полной темноте.
[Фото 2] показывает сравнение изображений, сделанных в условиях 0 лк: одно с помощью датчика изображения типа видимого света, а другое с помощью датчика изображения, совместимого с NIR.
 

Sony продолжает улучшать функцию NIR в STARVIS.

Недавно была выпущена новая модель IMX585, предлагающая лучшую производительность изображения с еще более низким уровнем шума, чем ее предшественники. [Фото 3] показывает сравнение характеристик NIR-изображения между предыдущей и улучшенной версиями. Найдите наши продукты с улучшенной функцией NIR-изображения в списке продуктов (выберите NIR Enhanced).

Условия: F=1,6, эксп.=33,3 мс, усиление=0 дБ, 850 нм
 

Расширенный динамический диапазон (HDR)

Стационарные камеры безопасности должны приспосабливаться к условиям освещения, которые меняются со временем и/или изменениями в окружающей среде. Если сцена имеет одновременно слишком яркие и слишком темные области, яркая область может быть переэкспонированная, а темная область может быть затемнена. Чтобы обеспечить четкий захват объектов в любой области, существует метод регулировки времени экспозиции или усиления, чтобы избежать засветки или затемнения, который называется функцией расширенного динамического диапазона (HDR). (См. [Фото 4])

[Фото 4] Уменьшение засветок с помощью функции HDR

В настоящее время существует два типа функции HDR для STARVIS/STARVIS 2: DOL HDR (Digital Overlap High Dynamic Range) и Clear HDR. STARVIS совместим только с DOL HDR, а STARVIS 2 совместим как с DOL HDR, так и с Clear HDR
 

Очистить HDR

Когда функция Clear HDR включена, датчик изображения одновременно захватывает два изображения, одно с высоким коэффициентом усиления для темной области, а другое с низким коэффициентом усиления для яркой области. Выходные данные синтезируются в постобработке *1. Синтезируя два изображения с разным коэффициентом усиления, сконфигурированных для темных и ярких условий, датчик может обеспечить более широкий динамический диапазон, чем одно изображение с экспозицией. Поскольку два изображения с помощью этого метода снимаются одновременно, движущиеся цели не вызывают артефактов в результирующем изображении (без хроматических аберраций и т. д., см. правое изображение на [Фото 5]), подходит для обработки AI и т. д.

*1) Для получения конечного изображения выходные данные должны быть обработаны камерой. IMX585 может синтезировать данные внутри при использовании Clear HDR.

[Фото 5] Сравнение изображений с быстро движущейся целью между DOL HDR и Clear HDR
 

Эта статья описывает новые перспективные технологические прорывные решения в области зрения камер наблюдения и посвящена пользователям как разъясняющий материал для самостоятельного изучения обновленных технических решений применяемых сегодня в камерах наблюдения следующего поколения. Изучая технические усовершенствования происходящие в это время в приложениях безопасности видеонаблюдения, пользователь охранными камерами наблюдения без труда сможет выбрать камеры наблюдения с наилучшим на это время техническими характеристиками.

Перейти к просмотру камер с применяемыми сенсорами изображения CMOS Sony STARVIS