圖像傳感器，曾經(jīng)是一組視覺感知工具，正在尋找進入新的，更具挑戰(zhàn)性且不斷擴展的應(yīng)用程序的途徑。人工智能（AI）有望進一步推動該技術(shù)的發(fā)展。
事實上，根據(jù)市場研究公司Technavio的數(shù)據(jù)，預(yù)計全球CMOS（互補金屬氧化物半導(dǎo)體）圖像傳感器市場在2020-2024年期間將增長101.5億美元。
使之成為可能的是，由于對更小封裝和更高分辨率的需求，成像技術(shù)本身正在發(fā)生一場革命。
為了實現(xiàn)這些目標，像素尺寸必須與填充因子一起減小，并且金屬布線反射吸收要求必須降至最低。
正面照明（FSI或FI）已經(jīng)成熟，生產(chǎn)成本越來越低。盡管現(xiàn)在接近2微米的高分辨率傳感器限制了光敏區(qū)域，但這卻導(dǎo)致了更高的良率。添加到微透鏡的其他光導(dǎo)已將盡可能多的光導(dǎo)引到有限的感光區(qū)域，但是1至2μm是像素大小的臨界點。
背面照明可提高性能
背面照明（BSI或BI）提供了一種有趣的選擇，因為控制電子設(shè)備不會限制光敏區(qū)域。但是，光以較低的量子效率（到達傳感器的光子數(shù)與在終端收集的電荷載流子數(shù)之比）進一步傳播。下圖說明了背面和正面照明。
制造商正在采用BSI并采用新的傳感器設(shè)計架構(gòu)，以改善弱光條件下智能安全和監(jiān)視攝像機的靈敏度，信噪比和動態(tài)范圍。
例如，索尼降低了2009年推出的5兆像素1.75 μm BI CMOS傳感器的復(fù)雜性和相關(guān)的制造成本。HTCEVO 4G Android智能手機以及蘋果的iPhone 4使用了OmniVision Technologies BI。
如今，SmartSens Technology Co.，LTD。公司已經(jīng)開發(fā)出用于監(jiān)視，汽車，機器視覺和消費類電子產(chǎn)品（例如運動相機，無人機和自動吸塵器）的高性能CMOS圖像感應(yīng)（CIS）專有設(shè)計。
通過采用“全局”而不是“滾動”快門設(shè)計，BI CMOS傳感器性能可以在汽車，航空和制造業(yè)的高速應(yīng)用中得到極大改善。滾動快門傳感器降低了成本并提供了良好的性能，但是在快速移動的物體以及不穩(wěn)定或移動的相機中，它們的偽影很容易識別。
與卷簾式快門從上到下讀取圖像不同，全局快門傳感器同時將所有像素曝光到圖像上，從而產(chǎn)生更多的噪音，更多的熱量和更少的動態(tài)范圍。可以將這些不足最小化，但要付出高得多的代價。然而，在高速或弱光條件下的結(jié)果是顯而易見的。
人工智能加速了圖像傳感器的采用
人工智能（AI）及其子集機器學(xué)習(xí)可以改變智能事物的未來行為，這些行為分為三類，所有這些都需要“眼睛” —機器人，無人機和自動駕駛汽車。在高速汽車應(yīng)用中，全局百葉窗使精確制動和避免碰撞和障礙成為可能。
無人駕駛或傳統(tǒng)車輛要求采用車載多重曝光，超高動態(tài)范圍汽車傳感器的技術(shù)，該傳感器可在高速困難照明條件下提供出色的圖像。只有使用全局快門和高速BSI處理才能滿足這些要求。
為了保證質(zhì)量，實時維護并為虛擬機設(shè)計收集數(shù)據(jù)而在高速工業(yè)環(huán)境中發(fā)現(xiàn)小零件中的缺陷或缺陷的機器或機器人需要使用全局快門和BSI CMOS技術(shù)進行成像。
然后，工程師可以使用收集到的數(shù)據(jù)來播種生成型設(shè)計軟件，以探索設(shè)計方案的排列，數(shù)字孿生子（虛擬和物理的組合）發(fā)現(xiàn)有效和無效的工具。有一天，這可能會在機器內(nèi)部發(fā)生。
由硅谷資深人士Andrew Ng（Landing.ai）組成的初創(chuàng)公司已經(jīng)開發(fā)了機器視覺工具，該工具可以使用相對較少的樣本圖像通過機器學(xué)習(xí)算法來檢測電路板等產(chǎn)品中的微觀缺陷。計算機“查看”并處理信息，并從其觀察中學(xué)習(xí)。
使用BSI CMOS的監(jiān)控攝像頭現(xiàn)在可以記錄低照度/星光，其感光度等級從0.01 lux（清晰，月光充足的環(huán)境）到0.001 lux（清晰，無月光的環(huán)境），且數(shù)字噪聲較低，使其適用于城市或倉庫安全以及觀察。
大城市地區(qū)的執(zhí)法機構(gòu)越來越多地依靠BSI CMOS圖像傳感器技術(shù)來記錄和識別高犯罪現(xiàn)場的人員，通常是在弱光條件下。人工智能和具有實時人臉生物特征數(shù)據(jù)的深度學(xué)習(xí)行為系統(tǒng)有朝一日可以幫助執(zhí)法機構(gòu)在犯罪發(fā)生之前制止犯罪。
其他機構(gòu)（消防，EMS，救援）正在使用配備BSI CMOS高清晰度攝像頭的監(jiān)視無人機來挽救生命并指導(dǎo)急救人員。對失蹤兒童或迷路遠足者的搜索工作可通過掃描能夠識別特定人類生物特征的無人機來節(jié)省寶貴的時間和生命。
作為美國宇航局“火星探測計劃”的一部分，“火星2020”火星探測器計劃至少一年（或直到車輪脫落！）廣泛地探索“紅色星球”。2020年7月的發(fā)射使2020年的“火星”號進行了為期一年的旅程。預(yù)計將于2021年2月18日登陸火星。
該儀器嚴重依賴圖像傳感器。機上的23臺攝像機中，有16臺將執(zhí)行工程和科學(xué)任務(wù)。增強型工程相機可提供詳細的地形彩色圖像，以實現(xiàn)安全導(dǎo)航，硬件自檢，引導(dǎo)樣本收集以及將其引導(dǎo)至指定為科學(xué)目標區(qū)域的解決方案。
沒有BSI / FSI CMOS圖像傳感器（20兆像素，5120 x 3840像素圖像）和集成軟件，這一切都是不可能的。導(dǎo)航攝像機從其當前位置顯示當前區(qū)域和所需區(qū)域的輪廓，從而使漫游者及其在地球上的團隊可以使用這些數(shù)據(jù)。
HazCams在前方有四個，在后方有兩個，可以檢測到障礙物和危險，經(jīng)常停下來抓取前方地形的立體圖像，以自行評估難度和可能的替代路線。此外，它們還有助于引導(dǎo)機械臂收集樣品并進行測量，而無需咨詢漫游車隊。
在科學(xué)的凸輪中，安裝在流動站機器人手臂上的SHERLOC和WATSON尤其有趣。SHERLOC使用分光計，激光和照相機搜索因水而改變的有機物和礦物質(zhì)。沃森（WATSON）拍攝了“大”圖，用于SHERLOC對礦物目標的詳細檢查。WATSON可以精細地查看火星巖石的紋理和結(jié)構(gòu)以及巖石碎片和塵埃的表層，但可以將其用于其他帶扶手的儀器。
CMOS AI / ML技術(shù)在任何地方都比醫(yī)療保健更有益。與機器學(xué)習(xí)相同的技術(shù)可以在電路板上發(fā)現(xiàn)針孔，評估火星地形或自動識別印刷字符，從而有助于定位和診斷曾經(jīng)被醫(yī)生忽視的疾病。
計算機輔助診斷使用自動圖像分析來提取統(tǒng)計推斷，并應(yīng)用模式分類器來確定所提取特征可能屬于的類別。這在乳腺攝影和某些癌癥中特別有用。
顯然，圖像傳感器-“機器的眼睛”所提供的不僅僅是圖片。他們使我們對新的領(lǐng)域和現(xiàn)實有了深刻的了解。
