佳能发布突破性的4.1亿像素CMOS图像传感器

佳能（Canon）公司近期开发出突破性的4.1亿像素全画幅CMOS图像传感器，创下了35毫米（mm）全画幅CMOS图像传感器最高像素的新纪录。

新开发的CMOS图像传感器将提供RGB和单色版本，佳能预计它将用于需要极高分辨率的工业和科学应用。该传感器可捕捉24592 x 16704像素的巨幅图像。这相当于24K分辨率，比全高清分辨率高198倍，比8K分辨率精细12倍。极高的分辨率将使用户能够大范围裁剪图像的任何部分，同时保持出色的细节。

佳能解释道：“虽然许多具有超高像素数的CMOS图像传感器都是中画幅或更大尺寸的，但这款超高分辨率传感器却被压缩为35毫米全画幅格式。这使得它可以与全画幅传感器的镜头结合使用，并有望为拍摄设备的小型化做出贡献。”

4.1亿像素是一个惊人的数字，一个显而易见的问题是“传感器如何处理所有这些数据？”答案是“速度快得惊人”。佳能的新型CMOS图像传感器采用背照式堆叠设计，包括带有重新设计电路的层间像素和信号处理段。其读出速度为每秒3280万像素，可实现每秒8帧的全分辨率捕捉。

此外，单色版本具有四像素合并功能，可有效地将四个相邻像素合并为一个。这提高了图像灵敏度，并以每秒24帧的速度捕获1亿像素视频，这是一项了不起的成就。

虽然摄影师不应指望这款4.1亿像素的CMOS图像传感器能很快或永远出现在佳能的EOS R无反光镜相机系列中，但这是一个非常令人兴奋的成像技术新闻。像这样的工业级图像传感器由于成本和可用性等许多原因，不太适合消费应用。然而，毫无疑问，它将在监控、医学、科学和工业环境中找到一席之地。

佳能的突破性CMOS图像传感器技术对大家来说并不陌生。去年秋天，它展示了一款2.5亿像素的APS-H图像传感器，并于2024年初为一种新颖的三层堆叠式CMOS图像传感器结构申请了专利。

佳能将于1月28日至30日在旧金山举行的全球领先的光学和光子学会议SPIE Photonics West上展示其创纪录的4.1亿像素CMOS图像传感器。

专利总是一种有趣的方式，可以了解相机公司在做什么，并推测下一步可能会发生什么，即使它们经常无法应用于实际产品。佳能在日本提交的一项新专利尤其引人注目，因为它概述了一种三层堆叠式CMOS图像传感器。

该专利（编号 JP2024-019961）在 J-PlatPat 上提交，并在Canon Rumors上看到，描述了一种有望实现高速光电转换的堆叠式CMOS图像传感器。根据专利申请中的机器翻译文本，该三层传感器包括顶部半导体层、中间读出电路层和底部图像信号处理层。

与索尼典型的堆叠式CMOS图像传感器（索尼传感器设计师 Taku Umebayashi在 2022 年描述过）相比，佳能的专利多了一个层。索尼的堆叠式传感器将像素分成一个层，光在该层被吸收并转换成电信号，第二个处理层接收电信息并将其处理成实际图像。索尼的堆叠式CMOS图像传感器为用户提供了许多好处，包括改进的成像性能和更快的处理速度。这种方法还提供了经济和生产优势。

佳能的专利似乎描述了一种将电子转换和处理步骤分为两个不同层的传感器。佳能声称，这种三层设计可以提高像素密度并降低电阻，从而实现更快的转换速度（即处理速度）。

“新的CMOS图像传感器的电路位于后部，而不是前部，因此可以收集更多光线，从而降低噪音。两层电路‘堆叠’在一起，改变了传感器向DIGIC X处理器发送图像数据的速度。”佳能欧洲公司解释道。

“这种速度不仅能实现30fps连拍（连续自动对焦和自动曝光），还能让相机每秒检查60次对焦。无黑屏电子取景器以120fps刷新，即使在拍摄快速移动的物体时也能带来惊人的逼真体验。”该公司继续说道。

通过扩大CMOS图像传感器堆栈中的接线和计算硬件的数量，佳能可以提高处理能力，从而提高整体性能。

该专利还提到，额外的处理能力可以实现片上飞行时间（ToF）测量，这对于任何必须测量距离的成像设备都很重要。例如，自动驾驶汽车的摄像系统可以从这种CMOS图像传感器中受益匪浅。

虽然这项专利可能不会让三层堆叠式CMOS图像传感器进入佳能相机，但毫无疑问，佳能的工程师一直在努力寻找新方法来提高相机的性能和速度。引入额外的传感器层是实现这一目标的众多可能方法之一。