日本最新技术CMOS传感器,每秒帧数可达240FPS

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    为重振日本电视王国名誉,日本积极推动8K电视播放,目标是2018年领先全球进行商用播放,但8K播放不仅需要电视,还要制播设备,因此相关技术目前都在日本产官学界的发展名单中。

    日本静冈大学电子工学研究所教授川人祥二,在2012年的国际固态电路研讨会(ISSCC)上便发表了可用来拍摄8K影像的CMOS影像传感器技术,当时的产品是解析度7,680x4,320时,能做到120fps水准且耗电只有2.67W的产品,理论上已可满足8K数位影像播放需求。

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    但就制播单位而言,理想设备必须性能高于播放需求,这样才有剪辑制作的空间,因此川人祥二在2016年ISSCC上发表了新技术,该项技术制作的CMOS影像传感器,在解析度维持原状的前提下,让每秒显示帧数倍增为240fps,耗电只有3W,同样适合一般摄影设备使用。

    川人祥二表示,他设计了全新的12位元类比数位转换电路(12-bit AD Converter),采用的是循环(Cyclic)转换技术,这种方式的的优点是把比较、增幅与回馈等动作,压缩在单一程序中处理,整体处理速度快,才能达到240fps。

    但是,循环转换的耗电与芯片面积就成了问题,因为一般的双循环电路,需要3个放大器;川人祥二的做法,是把2个放大器以电容代替,透过一些回路设计方式,可以达成同样的需求,却只要1个放大器,成功达成省电与缩小芯片面积的目标。

    但只是这样还不足,实际上12位元类比数位转换电路,被川人祥二拆成3组,分别是3位元、6位元、与3位元,这才能将电路简化到合理范围,但又发生3组间干涉问题,产生许多杂讯,这对影像传感器而言,是致命的问题。

    川人祥二表示,他们花了不少时间,才逐步找出原因让杂讯消失,但因为相关内容将影响到该应用的领先与否,因此不愿公开细节。

    观赏高解析度影像对观众而言很过瘾,但对摄制单位而言,制播是个很大的挑战,尤其是高动态的运动影像,高解析度兼具高度动态的影像,需要高性能CMOS影像传感器才能录制,但这种摄影机如果能随身携带,随运动员移动,则影像效果会更好,这又需要小体积省电的摄影机,需求上相互矛盾。

    由此来看,川人祥二团队研发的CMOS技术,在8K播放时代的重要性不言可喻。

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