簡單來說，夜視技術(shù)為人類提供了在黑暗中的可視能力。該技術(shù)最初在20世紀(jì)30年代初期的德國為軍事應(yīng)用而開發(fā)，用以克服人眼的局限性1。第一個夜視設(shè)備基于圖像增強(qiáng)管，在20世紀(jì)70年代發(fā)明了熱成像技術(shù)，隨后在1980年代出現(xiàn)了第一個采用固態(tài)技術(shù)的可見/近紅外（NIR）攝像機(jī)2。多年以來，這三種技術(shù)都不斷進(jìn)步，而且夜視技術(shù)也從軍用擴(kuò)展至包括了安防監(jiān)控和汽車應(yīng)用。 本文將重點介紹NIR技術(shù)的進(jìn)步，以及它為何會成為這些市場的理想夜視選擇。

為什么近紅外技術(shù)是夜視應(yīng)用的理想選擇？

NIR光位于可見光譜之外并且可以有效地對物體或場景進(jìn)行照明，使攝像機(jī)擁有超越人眼視覺能力 “看見”低光或者無光條件下的場景。 這一點對于夜視應(yīng)用非常有用，因為相對于可見光，夜晚的NIR波長光子的數(shù)量更多。 

舉例說明，盡管現(xiàn)今的監(jiān)控攝像機(jī)采用了最高分辨率的低光圖像傳感器，但在不使用大功率發(fā)光二極管（LED）的情況下仍然不能很好地捕獲夜間圖像。 因此，用先進(jìn)的NIR圖像傳感器取代這些低光傳感器就可以減少所需的輔助照明光強(qiáng)，從而實現(xiàn)更加隱蔽的監(jiān)控。 

同樣，對于高級駕駛輔助系統(tǒng)（ADAS）的夜視技術(shù)，相比遠(yuǎn)紅外（FIR）的被動成像，NIR也是更好的選擇，因為前者利用身體熱量生成明亮的負(fù)像。 NIR技術(shù)則可以在黑暗中捕獲清晰的圖像，物體如同被車輛的遠(yuǎn)光燈照亮一樣。 無論物體自身的溫度如何，都可以成像3。

應(yīng)用NIR有何限制？

NIR成像系統(tǒng)的有效范圍與其靈敏度直接相關(guān)，并且取決于兩個關(guān)鍵的測量參數(shù)：量子效率（QE）和調(diào)制傳遞函數(shù)（MTF）。 

成像系統(tǒng)的QE代表光子轉(zhuǎn)換為電子的比率。 QE值越高，圖像的亮度越高, 相同NIR照明時可看到的距離越遠(yuǎn)。 MTF所測量的是在特定的分辨率下圖像傳感器將成像物的對比度轉(zhuǎn)換到圖像中的能力4。MTF越高則圖像越清晰。光電子從一個像素擴(kuò)散到相鄰像素時所產(chǎn)生的串?dāng)_信號會影響MTF。 為了保持穩(wěn)定的MTF以捕獲清晰的圖像，需要將電子束縛在像素內(nèi)部。

圖1： 搭載Nyxel的產(chǎn)品圖像對比原始產(chǎn)品，清晰度無下降

現(xiàn)有解決方案所面臨的挑戰(zhàn)

與可見光的成像相比，近紅外光NIR應(yīng)用中的光子波長更長。而波長較長的光子在晶格內(nèi)的吸收率較低，所以當(dāng)硅晶的厚度有限時，傳感器的QE降低。為了產(chǎn)生相同數(shù)量的光電子并實現(xiàn)相同的QE，必需增加硅晶的厚度。對于單像素檢測器，使用較厚的硅晶可以將NIR QE提高至> 90％。然而，對于那些需像素更小的應(yīng)用，增加硅晶厚度（例如增加至100 μm）會造成部分光子進(jìn)入相鄰像素而產(chǎn)生串?dāng)_，進(jìn)而會降低MTF。最終生成的圖像雖然對NIR照明更敏感，但分辨率較低，圖像明亮卻模糊。

采用深溝槽隔離（DTI）在像素之間創(chuàng)建屏障可以解決這個問題。雖然標(biāo)準(zhǔn)DTI可以改善MTF，但它可能會產(chǎn)生損壞圖像暗區(qū)的缺陷。這是試圖改善NIR傳感器的公司所面對的一個難題。

技術(shù)突破 

最新的技術(shù)突破解決了僅通過增加硅晶厚度來增加光子吸收所面臨的問題。 采用先進(jìn)的300mm代工工藝擴(kuò)展DTI的深度， 通過在相鄰像素之間建立二氧化硅屏障，進(jìn)而形成氧化物和硅之間的折射率變化，我們能夠在同一像素內(nèi)制造光學(xué)約束。 此外，采用擴(kuò)展DTI (extended DTI)和高深寬比，溝槽的寬度仍然很窄，從而可以協(xié)助約束即便是小像素內(nèi)的光子。 

其次，在芯片表面建立一個吸收結(jié)構(gòu) — 類似于太陽能電池生產(chǎn)工藝中所采用的金字塔結(jié)構(gòu) — 用以形成一個散射光學(xué)層。 精密生產(chǎn)該散射層和擴(kuò)展DTI可以防止圖像暗區(qū)出現(xiàn)額外的缺陷。 該結(jié)構(gòu)的形狀可以延長硅晶中光路長度。 通過分割光波并使其散射，光子在像素內(nèi)的路徑更長，從而提高了光的吸收。 

確保該結(jié)構(gòu)角度的精確性對于散射層的有效性至關(guān)重要。 如果角度有誤，會導(dǎo)致光子反射到相鄰像素中，而非按照預(yù)先的設(shè)想反射到同一像素中。

結(jié)論 

OmniVision通過與其代工合作伙伴的密切合作，開發(fā)出Nyxel?NIR技術(shù)，解決了目前NIR技術(shù)中令人困擾的產(chǎn)品性能問題。與上一代具有NIR功能的OmniVision傳感器相比，Nyxel技術(shù)結(jié)合厚硅晶， 擴(kuò)展 DTI，和表面光學(xué)散射層，讓傳感器的QE可以提高多達(dá)三倍，實現(xiàn)了NIR高靈敏度，同時也不會減低其它圖像質(zhì)量指標(biāo)。 

配備這項技術(shù)的傳感器能夠在極低的光照條件下，實現(xiàn)更長距離的圖像捕獲，并且提供更好的圖像質(zhì)量，而且運行時所需要的光源和電能輸入都更少，滿足了新的夜視應(yīng)用的需要。