本文作者：安森美智能感知事业群工业感知部应用工程高级经理Open.Kai
安森美最新推出的AR0822是一颗集eHDR™、运动补偿(Motion Compensation)、运动唤醒(Wake on Motion)几大硬核功能于一体的八百万像素的4K图像传感器芯片。下面让我们来了解一下这些专业名词吧：
动态范围计算公式：
Smax:最大可测量到的信号，即像素饱和信号值,也就是像素的满井电荷；
Smin:最小可侦测到的信号，即SNR=1时的信号值，也就是全黑场景下的读出噪声；也就是
多次曝光是如何来提升动态范围的呢？
T1=Long exposure time，T2=Short exposure time.
怎么样才能更好的处理高亮度场景呢？
这三个维度基本上就代表了目前主流的HDR技术方向。
我们来看看目前主流的几种实现HDR的技术：
多次曝光
大小像素
超级曝光
多次曝光技术，通过长曝光来捕捉低亮度处的细节，通过中、短曝光来捕捉中高亮度处的图像。在常规像素设计的情况下，通过多次曝光技术就可以达到120dB（3次曝光）甚至140dB（4次曝光）的动态范围。然而一般的多次曝光技术存在不足：对于运动的物体会有运动伪色影，特别是对于LED光源，有时它能被短曝光时间捕捉到，有时候则不能，那就导致了LED闪烁不清的问题。典型的脉冲光源是LED交通灯、交通标志和汽车尾灯。
这类设计的芯片上同时存在大像素和小像素，大像素来捕捉低光信息，小像素来捕捉高光信息。由于大小像素是同时曝光的，这种设计避免了运动伪影问题。然而这种技术存在大像素QE损失，以及由于大小像素QE不同、串扰等影响产生的色彩问题，需要使用者花费大量的资源和成本来进行校正，给用户带来了很大的挑战。大小像素技术是利用大像素和小像素感应光线的比例来实现HDR，目前半导体制作技术能力不允许任意的扩大或者缩小像素物理尺寸，所以大小像素技术能达到动态范围也是有限的。
在现在成本以及小型化压力下，要将同样分辨率的芯片做小，就需要使用更小的像素，大小像素方案比单像素方案更难去缩小像素尺寸。注:大小像素技术是安森美的专利，在2009年由美光公司获得。
通过增加额外的电路，当像素电容饱和时候，溢出的电荷继续转移到外挂的电容存储中去，从而实现了超大的满井电荷，动态范围能达到单次曝光110dB，多次曝光能达到150dB。这种方式在110dB下没有LED 闪烁问题和运动伪影问题，同时还有非常好的低光照性能。
如果采用传统的HDR 数据传输方式，4K 3次曝光需要超过10Gbps，这对SERDES以及线缆的挑战十分巨大。
AR0822 是eHDR™(embedded High Dynamic Range)，多次曝光合成是在sensor内部进行完成的，通过内部智能拟合以及压缩功能，可以将3次曝光的20bit数据压缩成12bit数据，然后再传输给后端平台，极大的降低了系统的数据带宽。
AR0822 支持多种多次曝光合成线性化拟合功能，DLO(Digital Lateral Overflow)以及SCMAX(Smooth Combination Max)，我们称其智能拟合，这种模式降低了多次曝光合成时的亮度临界区域的噪声。
运动补偿包含运动捕捉和运动纠正两个模块，运动捕捉模块来捕捉T1和T2之间的运动值（对每一个pixel进行motion mask的计算）,运动纠正模块使用motion mask来对T1数据进行运动补偿。
例图：上路实拍，可以看出AR0822出色的HDR效果，以及极好的低亮度性能。注：图片截取自视频流。
而其杰出的motion detect ROI 则进一步降低功耗：我们对画面进行运动捕捉block 分区，只关注开启区域的运动检测，像典型的可视门铃，上图中场景内存在树木花草，一旦有什么“风吹草动”或者小动物经过，很可能系统就开启误报，而可编程的运动捕捉区域，可以很好的降低这种误报。配合PIR，通过sensor自带的运动捕捉和超级低功耗模式，可以让整机系统电池使用时间延长50倍。
先进的CMOS图像传感器技术的发展，将不断推动视觉产品的创新和进步。无论是在工业自动化、汽车安全、医疗诊断等领域，这一技术都将扮演着越来越重要的角色。安森美的AR0822传感器集eHDR™、运动补偿、运动唤醒几大硬核功能于一体，解决工程师在设计视觉系统时所面临的动态范围、运动伪影、LED闪烁、功耗等复杂挑战，实现更多创新。
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