几年前，在用于工业图像处理的相机中，CCD技术的市场份额还占主导地位。当时，CMOS芯片被视为一种有前途、但尚未成熟的技术。而在近年来，更现代化的芯片技术发展迅猛。在图像处理技术领域，CMOS芯片在很大程度上已经取代了CCD芯片。即使是众多专家也没有预料到CMOS芯片会在短期内与发展成熟的CCD芯片产生激烈竞争。

Sony（索尼）作为最大的CMOS芯片制造商之一，在其发挥着重要的作用。其中Sony（索尼）的IMX系列中的芯片型号是工业相机中最常用的芯片，而IMX型号各个系列（包括Pregius系列、STARVIS系列和Pregius S系列），谁是「成像之王」，多种芯片型号又该如何选择？

1.初代IMX芯片—高成像质量

当Sony于2015年初宣布停产CCD芯片之后，这预示着CCD技术将在工业图像处理以及许多其他领域谢幕。两年前，Sony推出了目前第四代全新CMOS芯片系列中的初代产品——IMX系列，该系列显著提升了动态范围，当时引起了市场轰动。

IMX系列初代芯片优势

· 可缩短曝光时间

· 可选择在图像处理过程中所需的触发和读出选项，并支持以出色的质量来采集图像

· 成像质量超过同价位的其他竞品芯片

IMX芯片之所以具备高成像质量，原因之一是Sony采用了一项名为Exmor的特殊技术。借助该技术，在读出像素时，芯片记录的降噪模拟信号可直接转换为数字信号。这种方法使得IMX芯片有别于与其他制造商的芯片，不仅可以提高降噪性能，还可以实现更高的帧速率。

芯片的另一个重要特性在于它所采用的快门。

在采用滚动快门的芯片中，芯片的各个像素行将逐一进行曝光并读出。在拍摄移动物体的应用中，这个过程会导致芯片各行出现延迟曝光，并且根据不同的检测情况，还可能导致采集的图像中出现失真。

而采用全局快门技术的芯片则拥有不同的工作方式：芯片会同时读出所有曝光的像素。这种方式确保它也可以采集被拍摄物体在移动时的图像，或者在交通应用中确保移动车辆的图像不会失真。

此外，Sony开发人员已经将多种功能集成到了这个为工业图像处理行业带来了巨大优势的第一代IMX型号中，其中包括可定义较小的感兴趣区域(ROI)。限制芯片的读出面积可有助提高图像采集速度，并减小在数据传输过程中图像数据的大小。当只需要查看特定区域以进行物体检测时，此功能始终可以发挥理想的作用。

Pregius系列

IMX174和IMX249是第一代IMX芯片的型号，也称为Pregius系列。这两款全局快门芯片使用边长为5.68 μm的方形像素，分辨率为1920 x 1200像素，帧速率各不相同：IMX249支持41 fps的帧速率，高速版型号IMX174甚至可达到惊人的166 fps。

对于那些只需230万像素的分辨率就足以解决手头任务需求的应用，配备IMX174和IMX249芯片的相机如今依然不失为理想的选择，因为它具备满井容量高、性价比高并且动态范围出色的特点。

2.第二代IMX芯片—更高的分辨率

在第二代IMX芯片中，Sony将像素尺寸减小到3.45μm x 3.45μm，并在2016年底推出了分辨率为300万像素（IMX252和IMX265）、500万像素（IMX250和IMX264）、900万像素（IMX255和IMX267）以及1200万像素（IMX253和IMX304）的型号。这些芯片还能让用户享受到全局快门的优势，并借助Exmor技术实现出色的成像质量。在速度方面，标准的第二代型号（IMX265、IMX264、IMX267和IMX304）的帧速率范围为23-56 fps，而高速版型号每秒可采集68-216 fps。

第二代IMX芯片可支持的分辨率范围显著增加

两代IMX芯片在满井容量方面有明显的差异，第二代IMX芯片的满井容量显著低于第一代IMX芯片，但仍然与其他制造商生产的CMOS芯片的范围值相当。不过，Sony在类似的像圈尺寸上成功将可实现的分辨率提高到原来的三倍，从而弥补了它在饱和容量方面的数值差异

3.第三代IMX芯片—采用背照式技术

STARVIS系列与Pregius芯片第一代/第二代芯片之间最重要的区别特征就是STARVIS芯片所具备的滚动快门和背照式技术。这种芯片设计也被称为BSI，它是Sony开发的一项复杂精妙的技术，可高效地解决应用难题。由于像素尺寸非常小，芯片上用于接收光线的可用像素区域与所需电子元件（如放大器或A/D转换器）所占的面积比例并不协调。如果非光敏部分的面积增加，则会降低芯片的量子效率。

借助STARVIS系列，Sony提供了一种已经问世多年的强大芯片技术。这种技术最初仅限于几个彩色芯片型号，并且主要用于监控领域。自黑白STARVIS型号推出以来，这些芯片在工厂自动化应用中变得越来越受欢迎。这个Sony芯片系列原本是与Pregius系列并行开发的，最初只提供滚动快门，但后来也采用了全局快门技术。STARVIS芯片也标有IMX的缩写字样，并采用边长在1.85μm - 3.76μm之间的方形像素。

Sony通过将放大器和电子元件从芯片的正面挪到了背面，从而避免了传统前照式结构芯片(FSI)中存在的这种问题。如此一来，就可以只把芯片的感光部分置于前方。这个设计技巧可以让几乎整个像素区域都用于光电响应，并减少来自电子元件自身的反射光。此外，BSI芯片的光敏平面高于传统的FSI设计，这也有助于提高成像表现。

前照式芯片与背照式(BSI)芯片对比 

在前照式芯片（左图）中，线路位于光敏像素区域上方。光线到达光电二极管之前必须通过某种类似“隧道”的结构，并且部分光线会受到电子元件的反射。在BSI技术（右图）中，则可实现在光电二极管下方布线。

通过下图的比较灵敏度和绝对阈值可看出效果差异，EMVA1288 标准对此阈值进行了定义，并指出了芯片平均需要多少光线（即光子）才能产生有别于噪声的充足信号。

4.第四代IMX芯片—工业应用再升级

2020年，Sony推出了目前最先进的Pregius S芯片系列，其像素尺寸为2.74μm x 2.74μm，分辨率为510万 - 2450万像素。标准型号IMX540、IMX541、IMX542、IMX545、IMX546和IMX547的帧速率为35 - 122 fps，而高速版型号IMX530、IMX531、IMX532、IMX535、IMX536和IMX537甚至可实现106 - 259 fps，从而可以对高速移动的物体进行检测。

Pregius S芯片把为STARVIS系列开发的BSI技术优势，与前两代Pregius系列的全局快门技术相结合，并继续提供Exmor降噪技术的优点。

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