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XII Lighting LIGHTING 18 - NOVEMBRE-DICEMBRE 2018 Sensori: la tecnologia dell’otturatore All’interno dei sensori di immagine realizzati in tecno- logia CMOS vi sono due tipi di otturatore (shutter): il rolling shutter (otturatore progressivo) e il global shut- ter (otturatore globale). L’otturatore del primo tipo esegue una scansione di tipo progressivo dell’immagi- ne, dall’alto verso il basso, con un’esposizione di una fila di pixel per volta (Fig. 1). Un approccio di questo tipo, che simula quello dell’ot- turatore meccanico presente sulla maggior parte delle telecamere, evidenzia alcune limitazione (ma anche qualche vantaggio). Se la telecamera che contiene il sensore e la scena che deve essere acquisita sono entrambe relativamente im- mobili, non sussistono problemi di sorta. Tuttavia, poi- ché la scansione impiega un tempo finito per passare dall’alto verso il basso (tempo che aumenta con l’ag- giunta di ulteriori pixel al sensore), se la telecamera o il soggetto si muovono in questo lasso di tempo, l’imma- gine risultante sarà inevitabilmente distorta. Questo è il motivo per cui l’immagine di un’elica di un aereo che gira può apparire così distorta. Con i sensori d’immagi- ne con rolling shutter, in ogni caso, grazie alla maggior risoluzione, ai pixel di dimensioni inferiori e all’utilizzo delle più recenti tecnologie di pixel è possibile ottenere una qualità dell’immagine complessiva migliori a costi senza dubbio competitivi. Con il global shutter è possibile evitare l’insorgere di fenomeni di smearing e bending dell’immagine in quanto tutti i pixel che compongono l’immagine stessa vengono acquisiti nello stesso istante, annullando in tal modo gli effetti del movimento della telecamera o all’in- terno della scena (Fig. 2). Poiché l’esigenza di acquisire immagini non distorte di oggetti in movimento è sempre più sentita, soprattutto in applicazioni quali droni e realtà aumentata, la tec- nologia global shutter è in grado di soddisfare tale ne- cessità consentendo di acquisire l’intera scena in modo chiaro e nitido. Siccome molte applicazioni che utilizzano i sensori di vi- sione sono di tipo mobile con alimentazione a batteria, il peso ridotto e i consumi contenuti sono fattori critici. Oltre a ciò, è richiesta la possibilità di acquisire immagi- ni accurate in condizioni difficili – causati sia da scarsa illuminazione sia dalla presenza nello stesso frame di condizioni estreme di luce e buio. Un sensore di immagine con global shutter per le moderne applicazioni Recentemente ON Semiconductor ha introdotto AR0144, un sensore d’immagini digitale in tecnologia CMOS in formato ottico da ¼” con risoluzione di 1 Me- gapixel (Mp) (1.280 H x 800 V) in grado di acquisire immagini nitide e accurate senza artefatti in tutte le condizioni di illuminazione. Il pixel da 3 μm utilizza la tecnologia “global shutter” per garantire un’acquisizio- ne rapida e accurata sia nelle applicazioni statiche sia in quelle dinamiche. L’elevata efficienza dello shutter e l’eccellente rapporto tra segnale e rumore permettono di minimizzare i fenomeni di ghosting (effetto fanta- sma) e gli effetti del rumore con conseguente migliora- mento della qualità dell’immagine complessiva. Nelle applicazioni statiche, come ad esempio i lettori di codici a barre, il sensore garantisce risultati rapidi grazie alla possibilità di effettuare la scansione al primo tenta- tivo. Nelle applicazioni di natura dinamica alimentate a batteria come ad esempio i droni, il ridotto consumo del sensore (inferiore a 200 mW) consente di aumenta- re l’autonomia, mentre le elevate prestazioni in termini di visualizzazione garantisce una migliore mappatura dell’ambiente minimizzando l’eventualità che si verifi- chino collisioni. L’elevata velocità di acquisizione e l’ac- curatezza della visualizzazione permettono il rendering delle scene in real time nelle applicazioni AR/VR per una migliore fruizione da parte dell’utilizzatore. Il sensore AR0144 si distingue per l’elevato grado di flessibilità, con una scelta tra diverse modalità opera- tive: master/video, trigger/single frame e auto trigger. Il tempo di esposizione è controllato attraverso un’in- terfaccia seriale a due fili e la configurazione del dia- framma e dei tempi di blanking consente di regolare la risoluzione e la frequenza dei frame (fino a 60 fps alla massima risoluzione) in modo da coprire ogni ROI (Re- gion of Interest) dell’applicazione. Disponibile nelle versioni monocromatica e a colori, il nuovo sensore è caratterizzato da dimensioni inferiori del 50% rispetto ai dispositivi delle precedenti genera- zioni grazie alla riduzione della dimensione dei pixel. Soluzione estremamente compatta, AR044 è disponibi- le in package CSP (Chip Scale Package) di dimensioni pari a 5,6 x 5,6 mm o come bare die, al fine di consentir- ne l’uso in dispositivi portatili o palmari dove lo spazio rappresenta un elemento critico. Nel momento in cui il rilevamento si sta spostando sem- pre più verso sistemi basati sulla visione in modo da consentire ai dispositivi connessi di vedere realmente e interpretare l’ambiente che li circonda, la tecnologia “global shutter” rappresenta una notevole evoluzione in grado di consentire la produzione di immagini di eleva- te qualità anche nelle condizioni più difficili. Il mercato è in continua evoluzione è vi sarà una conti- nua richiesta di sensori caratterizzati da una risoluzione sempre più elevata con i quali risolvere un maggior nu- mero di dettagli. Attivamente impegnata nello sviluppo di sensori con global shutter sempre più sofisticati e ric- chi di funzionalità, ON Semiconductor è una realtà si- curamente all’avanguardia in questo settore in continua evoluzione.