显示技术:未来的像素将变得更智能

像素需要变得更小,而且更多的处理工作要在每个像素上完成

作者:Charles J. Murray

今后的两到三年里,成像器和显示器将发生巨大的变化,具有更高分辨率的照相机将成为手机的标准配置,而大尺寸显示器的图像质量也将得到显著的改善。

然而,所有这一切都依赖于某些强大的新技术的出现。要想让高分辨率照相机进入手机市场,必须把像素做得更智能,而不仅仅是增加其数量。同样,大尺寸显示器要想得到应用,处理器需要处理具有更高复杂度的像素信号。

如果工程师能将上述技术成功实现,将给产品带来巨大的变化。ADI公司视频信号工处理部的产品总监Bill Bucklen说:“用不了多久,人人都将随身携带一个高质量的照相机。”

同时,对智能像素的要求也将蔓延至大尺寸显示器市场,为电视、医疗系统、军队和海运设备带来更大、更好的显示屏幕。ADI显示驱动器部门的产品市场经理Ed Spence说:“传统的CRT将逐渐被大量新的显示技术所替代,这些新的技术已经研发了相当长的时间。”

专家表示,提高下一代图像显示质量的关键,不在于手机照相机或者大屏幕显示器,而在于更底层的像素。迄今为止,人们只能通过简单地添加像素来制造具有更好图像质量的显示器。但这种方法已不再适用。“百万像素之战已经结束。”ADI数字影像产品总监Chuck Goehringer解释说,“大家普遍认为,当我们将像素增加到3、4、5百万的时候,成本在不断增加,可画面质量的改善却极其有限。”

工程师们还认为,“向屏幕里挤入更多的像素”这一做法碰到了自然规律的限制。Dialogue Semiconductor PLC的成像器和照相机工程经理Neil McCaffrey补充说:“物理规律限制我们继续压缩像素大小。”

许多工程师相信得到更好图像质量的关键在于CMOS技术,该技术可以很容易的制造“智能像素”。传统的CCD将光线收集入像素后,再以串行的方式加以处理；而CMOS器件是可寻址的,因此可以通过编程来对照相机收集的光线进行更复杂的滤波、成像和控制。

为创造出智能成像器,多家公司都正在研究新的传感器技术。例如,Foveon公司已经完全抛弃了一个像素一种颜色的常规,并试图创造出能让每个像素同时捕捉红、绿和蓝三种颜色信号的新型传感器。Foveon的工程师称,通过开发这种三色像素技术,他们已不再需要依靠软件内插法来重建丢失的信息,因为他们的三色设计能捕捉到所有必要的信息。同样的,索尼公司也在研究一种用于消费电子CCD的四色滤镜阵列,从而与传统的三色模块形成竞争。该公司声称它将接近人眼“自然视力”的感知度。

可是,令传感器和软件算法的这些改进得以实现的前提是,电子设备制造商必须创造出足够快和足够小的信息处理系统。“如果每个像素能得到1,000Mips的处理能力,该图像的质量必然好过每像素只有10Mips处理能力的图像质量。”Goehringer称,“因此,要想提升图像质量,不是增加像素的数量,而是对每个像素进行更多的处理。”

更大和更好

为实现上述目标,并满足手机照相机狭小空间的限制,芯片制造商将继续努力,在更小的器件内集成更多的能力。比如,Dialogue Semiconductor的工程师们正在研究新的图像模块,它集成了一个带有低成本塑料镜头的成像器。该成像器可以被贴装到一个很小的电路板上,该板可通过一个柔性电路与手机底板通讯。

同样,ADI的工程师试图通过制造堆叠式多芯片模块(MCM)来解决问题,它可以将PCB板上空间减少至现在的一半甚至1/4。ADI的Bucklen说:“对于一个照相机设计师来说,这意味着他将可以在一个小指甲盖大小的封装上放置一个完整的照相机。”

更小的照相机将有可能开拓出新的应用。比如,汽车制造者正在考虑在2008年前为每辆车配备多达四个摄像头,以避免碰撞和检测驾驶员睡意。“保护汽车乘员的最好的方法是使用视频系统。”Dialogue Semiconductor的McCaffrey说,“我们正与供应商密切合作,为这些应用开发定制化的CMOS解决方案。”

工程师们称,许多原理也同样适用于大尺寸显示器市场。随着对大尺寸显示器分辨率要求的不断提高,对提升“信号链”处理能力的需求也在不断增加。通过开发更快的DSP,工程师们加快数据转换和传输,驱动上述系统所使用的大量像素,以得到具有更高分辨率的图像显示。

ADI公司的工程师正在研发用于下一代显示器的10位、甚至12位输入处理模块。类似的,NEC Electronics America的工程师们也在研制新的器件,以解决由于环境亮度的改变所引起的问题,特别是需要在室内光线和室外光线之间不断切换所带来的相关问题。该公司正在研发一种“半透射式(transflective)技术”,它结合了透射式显示技术(主要用于室内)和反射式显示技术(主要用于室外)的特性,在单个厚膜晶体管(TFT)器件内集成了透射和反射区域。

“这种技术不必担心环境光线的问题。”NEC Electronics America的显示器总监Omid Milani称,“传感器负责感测环境光线,显示器就可以自动调整为透射式、反射式、或者两者兼有的显示方式。”

工程师们预计,更高分辨率的显示器可进一步开拓新的市场,比如医疗、军事航空以及桌面排版。然而,随着芯片供应商推出更快的处理器、制造商能够生产出50英寸具有高分辨率的LCD显示器时,电视机市场将会是最大的受益者。“随着分辨率和尺寸增加,我们也将提高处理器的性能。”ADI的Spence说,“最终,我们将制造出从未有过的电视机产品。”

手持设备的鼠标——惯性传感器

作者:Charles J. Murray

就像消费者开始接受照相手机一样,来自意法半导体的工程师们声称他们发现了手持设备的另一新趋势:基于微电机系统(MEMS)技术的低成本惯性传感器,不久以后将会作为各种人机接口,出现在手机、PDA和电子游戏机等手持设备中。

该公司通讯、外设和汽车部的研究开发总监Bruno Murari称:“MEMS技术使人们不需要按钮,只需要简单的倾斜或者旋转手持设备,就可以实现屏幕的翻转。”

惯性传感器实际上是一个三轴加速计,对于上述应用而言,它具有合适的大小、成本效应和功耗。意法的工程师们表示,可以将该传感器与微处理器相连接,以用于更复杂的应用；或者可以作为低成本应用的简单输出器件。“我们相信它就像PC上的鼠标一样,很适合应用于手持设备。”Murari说,“一旦成为现实,这些传感器将得到大量使用。”