4. 像素技术与低照度性能
在车载成像系统中，低照度性能并不只是“把增益调高”这么简单。像素架构决定了光子从进入芯片到被转换成电荷、再被读出的整条路径，而这条路径上的每一步都会影响三个关键指标：灵敏度（同样照度下能收集多少光生电荷）、噪声（读出与暗电流带来的随机波动）以及运动伪影（快速运动物体在曝光期间产生的畸变）。onsemi 在车载图像传感器上主要采用三类像素架构：前照式（FSI）、背照式（BSI）、堆栈式（Stacked），并在部分产品中引入全局快门（Global Shutter）。理解它们的差异，是判断一颗传感器能否满足夜间 ADAS 或环视要求的基础。
4.1 从光子到电荷：三种架构的光路差异
前照式像素的金属布线层位于光电二极管上方，光线必须先穿过这些金属与介质层才能到达感光区。金属走线会遮挡部分入射光，并产生反射与衍射，导致量子效率（QE）下降，尤其在蓝光波段和斜入射光下更明显。背照式像素把晶圆翻转减薄，使光电二极管直接面向入射光，布线层移到背面，光线不再被金属遮挡，QE 可提升约 20%～40%，同时斜入射响应更好，这对大光圈车载镜头的边缘亮度均匀性非常有利。堆栈式则是在 BSI 基础上，把像素阵列与逻辑电路分置两片晶圆并键合，像素层可以专注感光，逻辑层可以集成更复杂的读出、HDR 合成与 ISP 功能，从而在保持小像素尺寸的同时降低噪声、提升动态范围。
4.2 灵敏度与噪声：BSI 与堆栈式为何更适合夜间
低照度下，图像的信噪比（SNR）由光生电荷数与噪声底共同决定。BSI 通过提高 QE，让同样曝光时间内产生更多光生电子，直接抬高了信号项；堆栈式则进一步把读出电路与像素分离，缩短了电荷传输路径，降低了复位噪声与暗电流。onsemi 的车载 BSI 产品在 1/3 英寸、3 μm 像素级别下，典型低照度 SNR 可比同尺寸 FSI 提升约 3～6 dB（示例量级，实际以具体型号数据手册为准）。这意味着在夜间无路灯的乡道场景中，原本被噪声淹没的行人轮廓可以更早被 ADAS 感知算法检出。
暗电流是另一个容易被忽视的因素。FSI 的金属层与介质层在高温下会产生额外暗电流，而 BSI 与堆栈式由于光路更短、表面钝化更好，暗电流通常更低。车载环境温度可达 85 ℃ 甚至 105 ℃，暗电流每升高约 7～10 ℃ 就会翻倍，因此架构选择在高温夜间场景中会被进一步放大。
4.3 全局快门与运动伪影
卷帘快门（Rolling Shutter）逐行曝光，快速运动的车辆或行人会在画面中产生倾斜、拉伸或“果冻效应”。在 60 km/h 相对速度下，若行曝光时间为 10 ms，目标在曝光期间移动约 16.7 cm，足以让行人轮廓发生明显畸变，影响识别稳定性。全局快门（Global Shutter）让所有像素同时开始和结束曝光，从根本上消除运动伪影，代价是每个像素需要额外的存储节点，填充因子下降，低照度灵敏度通常比同尺寸卷帘快门低约 1～3 dB。
onsemi 在部分车载全局快门产品中采用堆栈式结构，把存储节点放到逻辑层，缓解了填充因子损失。因此，对于需要同时满足低照度与运动无畸变的场景（如夜间 AEB 行人检测、环视拼接），堆栈式 + 全局快门是当前较优的组合；若成本敏感且运动要求不高，BSI 卷帘快门仍是主流选择。
4.4 选型判断示例
假设某项目要求：夜间 5 lux 下可识别 20 m 处行人，车速 60 km/h，工作温度 -40～105 ℃。可按以下顺序判断：
- 先看运动伪影容忍度：若算法对轮廓畸变敏感，优先全局快门；否则卷帘快门可接受。
- 再看低照度 SNR：在 5 lux、曝光 10 ms 条件下，比较候选型号的 SNR1 或低照度灵敏度指标，BSI/堆栈式通常优于 FSI。
- 最后看高温暗电流：查阅数据手册中 105 ℃ 暗电流规格，堆栈式一般更有优势。
4.5 小结
像素架构不是“越新越好”的简单排序，而是灵敏度、噪声、运动伪影与成本之间的权衡。FSI 适合成本优先、照度较好的场景；BSI 是低照度车载成像的主流；堆栈式在保持小像素的同时兼顾低噪声、高动态与全局快门能力，适合高性能夜间 ADAS。理解光路、电荷收集与读出路径的差异，才能在具体项目中做出有依据的选型判断。