“攝影的同時發(fā)電”，CMOS傳感器兼太陽能電池實(shí)現(xiàn)半永久性拍攝

 美國哥倫比亞大學(xué)(Columbia University)宣布開發(fā)出了無需外部電源和電池充電，可在拍攝視頻時自己供應(yīng)所需電力的攝像機(jī)。據(jù)介紹，這是通過有效利用CMOS型感光元件(CMOS傳感器)在攝影時輸出的電力實(shí)現(xiàn)的。技術(shù)細(xì)節(jié)計劃在2015年4月24日～26日于美國休斯敦舉行的國際學(xué)會“International Conference on Computational Photography(ICCP)”上發(fā)布。

這款攝像機(jī)是由哥倫比亞大學(xué)工程與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院計算機(jī)科學(xué)專業(yè)教授Shree K. Nayar的研究團(tuán)隊開發(fā)出來的。

通常，CMOS傳感器會在各個像素內(nèi)安裝由PN型二極管構(gòu)成的受光元件(PD)。該P(yáng)D在受到光線照射后會輸出電力，這點(diǎn)基本上與硅類太陽能電池相同。不過，現(xiàn)有的CMOS傳感器從輸出的信號中只讀取電壓等信號作為影像信號，為了刷新影像而重置像素內(nèi)晶體管后會舍棄電力。

此次采用的設(shè)計是將PD輸出的電力儲存在雙電層電容器中，而不是在晶體管重置時舍棄掉。而且，會將儲存的電力用作影像數(shù)據(jù)的讀取用電源。在不進(jìn)行拍攝時，這款攝像機(jī)可以單純地作為太陽能電池發(fā)揮作用。除了給雙電層電容器充電以外，“還可以連接到手機(jī)和手表上給其充電”(哥倫比亞大學(xué))。

可在300lx以上的亮度下，半永久性拍攝

此次試制的CMOS傳感器的尺寸為210mm×280mm，屬于超大型的感光元件。但是，這款CMOS傳感器的分辨率僅為30像素×40像素。尺寸大但分辨率低的原因是采用了市售的PD產(chǎn)品等。估計基本上都是手工制作的。

采用該CMOS傳感器開發(fā)的“大尺寸”攝像機(jī)安裝了可以根據(jù)拍攝對象的亮度，靈活改變視頻幀頻的功能。此時，即使在約300lx這個對讀書來說有些昏暗的照明亮度下，雖然會以1幀/秒的速度逐幀播放，但可以半永久性地持續(xù)拍攝。

像素構(gòu)造簡潔

此次的CMOS傳感器與普通CMOS傳感器在像素構(gòu)造上有兩大不同之處。(1)普通的CMOS傳感器是逆向連接PD、加載反向偏壓，而此次則是正向連接PD、偏置電壓為0V;(2)普通CMOS傳感器的像素內(nèi)晶體管數(shù)量為3～4個，而此次只有2個。據(jù)介紹，與高速響應(yīng)性等普通CMOS傳感器重視的性能相比，Nayar等人更重視光線的輸出動態(tài)范圍是否較大以及像素內(nèi)消耗的電力是否較小，所以采用了上述設(shè)計。