“摄影的同时发电”，CMOS传感器兼太阳能电池实现半永久性拍摄
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美国哥伦比亚大学(Columbia University)宣布开发出了无需外部电源和电池充电，可在拍摄视频时自己供应所需电力的摄像机。据介绍，这是通过有效利用CMOS型感光元件(CMOS传感器)在摄影时输出的电力实现的。技术细节计划在2015年4月24日～26日于美国休斯敦举行的国际学会“International Conference on Computational Photography(ICCP)”上发布。 这款摄像机是由哥伦比亚大学工程与应用科学学院计算机科学专业教授Shree K. Nayar的研究团队开发出来的。 通常，CMOS传感器会在各个像素内安装由PN型二极管构成的受光元件(PD)。该PD在受到光线照射后会输出电力，这点基本上与硅类太阳能电池相同。不过，现有的CMOS传感器从输出的信号中只读取电压等信号作为影像信号，为了刷新影像而重置像素内晶体管后会舍弃电力。 此次采用的设计是将PD输出的电力储存在双电层电容器中，而不是在晶体管重置时舍弃掉。而且，会将储存的电力用作影像数据的读取用电源。在不进行拍摄时，这款摄像机可以单纯地作为太阳能电池发挥作用。除了给双电层电容器充电以外，“还可以连接到手机和手表上给其充电”(哥伦比亚大学)。 可在300lx以上的亮度下，半永久性拍摄 此次试制的CMOS传感器的尺寸为210mm×280mm，属于超大型的感光元件。但是，这款CMOS传感器的分辨率仅为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产品等。估计基本上都是手工制作的。 采用该CMOS传感器开发的“大尺寸”摄像机安装了可以根据拍摄对象的亮度，灵活改变视频帧频的功能。此时，即使在约300lx这个对读书来说有些昏暗的照明亮度下，虽然会以1帧/秒的速度逐帧播放，但可以半永久性地持续拍摄。 像素构造简洁 此次的CMOS传感器与普通CMOS传感器在像素构造上有两大不同之处。(1)普通的CMOS传感器是逆向连接PD、加载反向偏压，而此次则是正向连接PD、偏置电压为0V;(2)普通CMOS传感器的像素内晶体管数量为3～4个，而此次只有2个。据介绍，与高速响应性等普通CMOS传感器重视的性能相比，Nayar等人更重视光线的输出动态范围是否较大以及像素内消耗的电力是否较小，所以采用了上述设计。 |
