简单来说，夜视技术为人类提供了在黑暗中的可视能力。该技术最初在20世纪30年代初期的德国为军事应用而开发，用以克服人眼的局限性1。第一个夜视设备基于图像增强管，在20世纪70年代发明了热成像技术，随后在1980年代出现了第一个采用固态技术的可见/近红外（NIR）摄像机2。多年以来，这三种技术都不断进步，而且夜视技术也从军用扩展至包括了安防监控和汽车应用。 本文将重点介绍NIR技术的进步，以及它为何会成为这些市场的理想夜视选择。

为什么近红外技术是夜视应用的理想选择？

NIR光位于可见光谱之外并且可以有效地对物体或场景进行照明，使摄像机拥有超越人眼视觉能力 “看见”低光或者无光条件下的场景。 这一点对于夜视应用非常有用，因为相对于可见光，夜晚的NIR波长光子的数量更多。

举例说明，尽管现今的监控摄像机采用了最高分辨率的低光图像传感器，但在不使用大功率发光二极管（LED）的情况下仍然不能很好地捕获夜间图像。 因此，用先进的NIR图像传感器取代这些低光传感器就可以减少所需的辅助照明光强，从而实现更加隐蔽的监控。

同样，对于高级驾驶辅助系统（ADAS）的夜视技术，相比远红外（FIR）的被动成像，NIR也是更好的选择，因为前者利用身体热量生成明亮的负像。 NIR技术则可以在黑暗中捕获清晰的图像，物体如同被车辆的远光灯照亮一样。 无论物体自身的温度如何，都可以成像3。

应用NIR有何限制？

NIR成像系统的有效范围与其灵敏度直接相关，并且取决于两个关键的测量参数：量子效率（QE）和调制传递函数（MTF）。

成像系统的QE代表光子转换为电子的比率。 QE值越高，图像的亮度越高, 相同NIR照明时可看到的距离越远。 MTF所测量的是在特定的分辨率下图像传感器将成像物的对比度转换到图像中的能力4。MTF越高则图像越清晰。光电子从一个像素扩散到相邻像素时所产生的串扰信号会影响MTF。 为了保持稳定的MTF以捕获清晰的图像，需要将电子束缚在像素内部。

图1：搭载Nyxel的产品图像对比原始产品，清晰度无下降

现有解决方案所面临的挑战

与可见光的成像相比，近红外光NIR应用中的光子波长更长。而波长较长的光子在晶格内的吸收率较低，所以当硅晶的厚度有限时，传感器的QE降低。为了产生相同数量的光电子并实现相同的QE，必需增加硅晶的厚度。对于单像素检测器，使用较厚的硅晶可以将NIR QE提高至> 90％。然而，对于那些需像素更小的应用，增加硅晶厚度（例如增加至100 µm）会造成部分光子进入相邻像素而产生串扰，进而会降低MTF。最终生成的图像虽然对NIR照明更敏感，但分辨率较低，图像明亮却模糊。

采用深沟槽隔离（DTI）在像素之间创建屏障可以解决这个问题。虽然标准DTI可以改善MTF，但它可能会产生损坏图像暗区的缺陷。这是试图改善NIR传感器的公司所面对的一个难题。

技术突破

最新的技术突破解决了仅通过增加硅晶厚度来增加光子吸收所面临的问题。 采用先进的300mm代工工艺扩展DTI的深度， 通过在相邻像素之间建立二氧化硅屏障，进而形成氧化物和硅之间的折射率变化，我们能够在同一像素内制造光学约束。 此外，采用扩展DTI (extended DTI)和高深宽比，沟槽的宽度仍然很窄，从而可以协助约束即便是小像素内的光子。

其次，在芯片表面建立一个吸收结构 — 类似于太阳能电池生产工艺中所采用的金字塔结构 — 用以形成一个散射光学层。 精密生产该散射层和扩展DTI可以防止图像暗区出现额外的缺陷。 该结构的形状可以延长硅晶中光路长度。 通过分割光波并使其散射，光子在像素内的路径更长，从而提高了光的吸收。

确保该结构角度的精确性对于散射层的有效性至关重要。 如果角度有误，会导致光子反射到相邻像素中，而非按照预先的设想反射到同一像素中。

结论

OmniVision通过与其代工合作伙伴的密切合作，开发出Nyxel™NIR技术，解决了目前NIR技术中令人困扰的产品性能问题。与上一代具有NIR功能的OmniVision传感器相比，Nyxel技术结合厚硅晶， 扩展 DTI，和表面光学散射层，让传感器的QE可以提高多达三倍，实现了NIR高灵敏度，同时也不会减低其它图像质量指标。

配备这项技术的传感器能够在极低的光照条件下，实现更长距离的图像捕获，并且提供更好的图像质量，而且运行时所需要的光源和电能输入都更少，满足了新的夜视应用的需要。