le="display: block;">美國羅徹斯特大學(xué)的兩名研究人員開發(fā)出了一種超低功耗的CMOS
圖像傳感器方法,從而將進(jìn)一步推動(dòng)CMOS圖像傳感器在便攜與遠(yuǎn)程無線設(shè)備中的應(yīng)用。他們在設(shè)計(jì)上獲得的進(jìn)步來源于兩個(gè)相互獨(dú)立的概念:一個(gè)是降低芯片上進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換操作的復(fù)雜性；而另一個(gè)則針對像素陣列采用新的幾何形狀,從而消除了數(shù)據(jù)壓縮期間的浮點(diǎn)乘法運(yùn)算。
采用第一種技巧的原型成像器已被證明每像素會(huì)消耗納瓦(nw)的功率。研究人員稱,這種功耗比目前的有源像素傳感器設(shè)計(jì)要低50倍。研究人員通過在芯片外圍較遠(yuǎn)的地方設(shè)置一些模數(shù)操作,就能夠減少像素點(diǎn)處的晶體管數(shù)量。
“當(dāng)器件采集光信號時(shí),電子元件是關(guān)閉的。”羅徹斯特大學(xué)的研究員Mark Bocko介紹,“比較器受時(shí)鐘驅(qū)動(dòng),沒有直流信號流過晶體管。標(biāo)準(zhǔn)CMOS技術(shù)在每個(gè)像素點(diǎn)都有一個(gè)源極跟隨器,而且總會(huì)有電流流過。而在我們的方法中,所有部分都是被動(dòng)的,只有當(dāng)信號進(jìn)入并在像素點(diǎn)采樣的時(shí)候才會(huì)被激活。這正是能夠顯著節(jié)省功耗的原因所在。”Bocko正在組建一家名為Advantage Imaging Systems的公司,目的就是將這一概念轉(zhuǎn)變?yōu)閷?shí)際產(chǎn)品。與他在羅徹斯特大學(xué)共同開發(fā)架構(gòu)的搭檔名叫Zeljko Ingjatovic。
Bocko(左)和Ingjatovic沖擊有源像素設(shè)計(jì)概念。
第二種突破性的技術(shù)被稱為圖像平面壓縮,這種技巧可以對片上的數(shù)字圖像數(shù)據(jù)直接進(jìn)行壓縮,而無需等到這些數(shù)據(jù)離開芯片后在后處理階段進(jìn)行壓縮。這種方法以非均勻方式配置光電二極管,因而具有簡化數(shù)據(jù)壓縮的效果。
“舉例來說,我們不使用8×8的像素規(guī)則排列,而是使用11×11的像素陣列平鋪在相同區(qū)域,不過它們的排列方式并不均勻。采樣位置取決于簡分?jǐn)?shù)。”Bocko表示,“你為此付出的代價(jià)(總是會(huì)有代價(jià)的)就是你不能像在規(guī)則排列中那樣緊密地打包像素,因此只有在要求中等分辨率的情況下才使用這種技術(shù)。”
離散余弦變換(DCT)是數(shù)據(jù)壓縮中使用的基本運(yùn)算,而光電二極管經(jīng)過適當(dāng)排列后,只會(huì)在余弦函數(shù)值為±1的點(diǎn)采集光源。
與1相乘不會(huì)發(fā)生任何實(shí)際的運(yùn)算,而DCT中所有其它運(yùn)算都是加法。據(jù)稱,該方法的運(yùn)算量可以減少到標(biāo)準(zhǔn)DCT的20%。
據(jù)Bocko介紹,上述方法與使用標(biāo)準(zhǔn)圖像壓縮技術(shù)生成的壓縮數(shù)據(jù)量是完全一致的,同樣可以用于現(xiàn)有的軟件或硬件。
“這兩種創(chuàng)新多少都稱得上無以倫比。”他說,“而第一種更是CMOS傳感器的主流發(fā)展方向。”
“第二種方法,也就是壓縮技術(shù),則爆了一個(gè)大冷門。我們的小組現(xiàn)在仍在研究信號處理,我們一直在尋找更高效的方法來進(jìn)行傅里葉變換。有一個(gè)不太著名的算法,即算術(shù)傅里葉變換,在80年代末期被公布以后,很快就被人遺忘了。但它卻帶來了無需乘數(shù)操作就可以進(jìn)行變換的理念。”他接著說。
憑借超低功率特性和已被壓縮的圖像數(shù)據(jù),這種成像器將非常適合電池供電并采用無線數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪h(yuǎn)程成像系統(tǒng)使用,研究人員表示。Bocko認(rèn)為,它們或許同樣可以成為適合視頻蜂窩電話使用的技術(shù)。
作者: 博才
