采用第一種技巧的原型成像器已被證明每像素會消耗納瓦(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計要低50倍。研究人員通過在芯片外圍較遠的地方設置一些模數操作,就能夠減少像素點處的晶體管數量。

“當器件采集光信號時,電子元件是關閉的。”羅徹斯特大學的研究員Mark Bocko介紹,“比較器受時鐘驅動,沒有直流信號流過晶體管。標準CMOS技術在每個像素點都有一個源極跟隨器,而且總會有電流流過。而在我們的方法中,所有部分都是被動的,只有當信號進入并在像素點采樣的時候才會被激活。這正是能夠顯著節省功耗的原因所在。”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變為實際產品。與他在羅徹斯特大學共同開發架構的搭檔名叫Zeljko Ingjatovic。

Bocko(左)和Ingjatovic沖擊有源像素設計概念。

第二種突破性的技術被稱為圖像平面壓縮,這種技巧可以對片上的數字圖像數據直接進行壓縮,而無需等到這些數據離開芯片后在后處理階段進行壓縮。這種方法以非均勻方式配置光電二極管,因而具有簡化數據壓縮的效果。

“舉例來說,我們不使用8×8的像素規則排列,而是使用11×11的像素陣列平鋪在相同區域,不過它們的排列方式并不均勻。采樣位置取決于簡分數。”Bocko表示,“你為此付出的代價(總是會有代價的)就是你不能像在規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。”

離散余弦變換(DCT)是數據壓縮中使用的基本運算,而光電二極管經過適當排列后,只會在余弦函數值為±1的點采集光源。

與1相乘不會發生任何實際的運算,而DCT中所有其它運算都是加法。據稱,該方法的運算量可以減少到標準DCT的20%。

據Bocko介紹,上述方法與使用標準圖像壓縮技術生成的壓縮數據量是完全一致的,同樣可以用于現有的軟件或硬件。

“這兩種創新多少都稱得上無以倫比。”他說,“而第一種更是CMOS傳感器的主流發展方向。”

“第二種方法,也就是壓縮技術,則爆了一個大冷門。我們的小組現在仍在研究信號處理,我們一直在尋找更高效的方法來進行傅里葉變換。有一個不太著名的算法,即算術傅里葉變換,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操作就可以進行變換的理念。”他接著說。

憑借超低功率特性和已被壓縮的圖像數據,這種成像器將非常適合電池供電并采用無線數據傳輸的遠程成像系統使用,研究人員表示。Bocko認為,它們或許同樣可以成為適合視頻蜂窩電話使用的技術。

作者: 博才