CMOSイメージングの基礎と最新動向/CMOSデジタル進化

第1部 CMOSイメージセンサの基礎技術

(2023年8月23日 10:00〜12:00)

　CMOSイメージセンサの基礎から最新技術の中から、理解し扱う上で必要な普遍的な基礎技術を解説します。加えてイメージセンサ独特の性能評価技術の初歩についても学びます。

1. CMOSイメージセンサの動作原理
   1. 光電変換から電荷の検出まで
   2. 画素の基本動作
   3. AD変換の基本構成と出力
2. イメージセンサの性能
   1. 感度
   2. ノイズ
   3. ダイナミックレンジ
   4. その他の特性、機能
3. カメラ信号処理の基礎
   1. カメラ信号処理の基本フロー
   2. 各処理のポイント
4. 動かし方
   1. ブロック構成図
   2. 端子構成例
   3. レジスタ設定
   4. ラズベリーパイを使った実例
   5. Pythonスクリプトでカメラを制御

第2部 撮像超進化論、CMOSデジタルイメージング技術の最新動向

(2023年8月23日 13:00〜17:30)

　撮像技術が超進化というべき大変革期を迎えている。シリコン製の視覚認知機能が炭素系有機生命体の視覚を上回ってすべての光像情報を撮り尽くそうと進化している。その近未来像には異能のデジタル画素やエンベッデドビジョン、カンブリアン大爆発が垣間見える。撮像技術に従事して半世紀超の筆者が大河を鳥瞰して、こうして激変する最新の撮像技術動向を解説する。 　技術進化の基盤は3D積層技術であり、イメージングとコンピューティングの融合で、その概要は下記の通りだ。トピックスはデジタル画素、異能への進化、スマホ画質、一眼カメラを超える、そして自動運転用センサの主役はCMOS製だ。

• 3D積層技術 : センサチップにロジックチップを立体的に積層接続する技術。これで撮像の高性能化や3D撮像、赤外光撮像、そしてAIスマートビジョンセンサなどを実現する。高度の2階建て画素構造は従来の巨大なデジタル画素を小型化して異次元異能の撮像機能を実用化する。フォトン1個を撮像するSPAD画素での超高感度撮像や3D撮像-LiDARや、変化だけを撮る超高速、低電力のイベント型EVSなどがその好例だ。
• イメージングとデジタル/コンピューティングの融合 : ひとつはコンピューテーショナルイメージング。スマホがマルチカメラなどを武器にして一眼カメラに挑戦する技術が代表例。もうひとつはエンベッデドビジョン技術。カメラモジュールと高性能プロセサを武器にした視角認知機能で、自動車や機械の自立運転を支援する。これで自立機械の爆発が予感される。

1. CMOSイメージセンサ (CIS) 、進化と成熟 (イメージセンサ編)
   1. CMOS進化、裏面照射、3D積層
   2. 性能 理論限界へ、そして残された課題
2. 画素の機能進化
   1. 高性能撮像;高感度、高Dレンジ
   2. 3D撮像
   3. 不可視光撮像:多色撮像、偏光撮像
   4. D積層で進化
   5. 超高速撮像
   6. スマートビジョンセンサ
   7. 3D積層で画素機能進化
3. 新概念デジタル画素 = DPS、異能への進化
   1. DPS : 画素出力がデジタル : 新概念、異能の実現
   2. SPAD : 超高感度センサ、LiDAR用d-ToFセンサ
   3. EVS : イベントドリブンセンサー : 変化のみを撮像する
4. 赤外線撮像、もう一つの積層センサ
   1. 赤外線撮像の概要
   2. SWIR (短波長IR) センサ、 LWIR (長波長IR) センサ
5. イメージングとコンピューティングの融合 (撮像システム編)
   1. コンピューテーショナルイメージング
   2. 3Dイメージング
   3. エンベッデドビジョン : 機械の視覚認知機能
6. カメラモジュールという機能進化
7. スマホ画質、一眼カメラを超える イメージング技術
   1. スマホカメラの挑戦、マルチカメラとコンピューティング
   2. スマホカメラの画質評価、対一眼カメラ
8. 自動運転用センサの主役はCMOS製 センシング技術
   1. 光のレーダー、LiDARの概要
   2. 二つのLiDAR : d-ToF型とFMCW型
   3. 主役はCMOS製 :ミリ波レーダーにCMOSイメージング型登場
9. エンベッデドビジョン : カンブリアン大爆発の予感