【導讀】在工業(yè)應用中，包括工廠(chǎng)、交通系統、科學(xué)/醫療、零售、監控和機器人，圖像傳感器的使用正在顯著(zhù)增長(cháng)，因為各公司尋求在其流程中引入更強大的控制，以提高質(zhì)量和控制成本。
在工廠(chǎng)里，圖像傳感器為機器人提供視覺(jué)，正在改善過(guò)程中和生產(chǎn)線(xiàn)末端的檢查，及改善工人的安全。在科學(xué)和醫療領(lǐng)域，圖像傳感器是數字放射顯影和分布式診斷的一個(gè)基本要素，用于X射線(xiàn)晶體學(xué)、DNA剖析、天文攝影等等。
在我們現代生活的許多方面，安全是個(gè)長(cháng)期關(guān)注的問(wèn)題。 具有更高分辨率和圖像質(zhì)量的圖像傳感器正用于無(wú)人機/UAV 以實(shí)現邊境安全。 隨著(zhù)圖像傳感器被用于監控十字路口和檢測道路交通違規行為，以及通過(guò)自動(dòng)車(chē)牌識別 (ANPR) 識別車(chē)輛，我們的道路變得越來(lái)越安全。
圖1：圖像傳感器廣泛用于各種工業(yè)應用
隨著(zhù)用戶(hù)需求的增加，這些圖像傳感器的功率和質(zhì)量也在迅速提高，以增強現有應用的性能并賦能這些設備新的應用。
關(guān)鍵的技術(shù)推動(dòng)因素
圖像傳感的許多技術(shù)進(jìn)步正在推動(dòng)這些性能的提高。 背照式 (BSI) 通過(guò)翻轉硅晶片、移動(dòng)布線(xiàn)前的光電陰極層來(lái)重新排列傳感器的關(guān)鍵成像元件，從而顯著(zhù)提高對圖像傳感器至關(guān)重要的微光性能。
定義視頻源質(zhì)量的一個(gè)關(guān)鍵參數是傳感器可提供的每秒幀數 (fps)。 將此與提高的分辨率結合意味著(zhù)每幀中包含更多像素數據，這需要顯著(zhù)提高傳感器架構的速度，以提供無(wú)“抖動(dòng)”的流暢視頻輸入。
許多現代相機已經(jīng)摒棄了機械快門(mén)，因為它們可能大而重，而且在長(cháng)期使用后容易發(fā)生故障?，F代相機越來(lái)越多地使用電子快門(mén)，所有的像素都被同時(shí)捕獲，這種技術(shù)被稱(chēng)為 “全局快門(mén)”。
由于傳感器越來(lái)越多地被用于含運動(dòng)因素的應用中（要么傳感器在移動(dòng)的車(chē)輛上，要么要拍攝的場(chǎng)景包含移動(dòng)的物品），因此需要采用快速全局快門(mén)的現代傳感器來(lái)避免與 “卷簾快門(mén)”技術(shù)相關(guān)的圖像 “拖尾”和其他不良的偽影。
工業(yè)視覺(jué)系統設計人員面臨的挑戰
在為現代應用設計相機時(shí)，需要考慮許多因素，其中許多與圖像傳感器的選擇有關(guān)——這是決定設計成敗的關(guān)鍵決定。
幾乎所有的應用都需要高分辨率的圖像傳感器，比如在醫療應用中，相機要檢測疾病的早期跡象，或在工廠(chǎng)檢查應用中，必須發(fā)現最小的缺陷。然而，隨著(zhù)分辨率的提高，設計的其他部分也會(huì )受到影響，需要更大的數據傳輸帶寬、更高的處理能力和更大的存儲容量。
因此，指定的傳感器必須足以完成任務(wù)，但不能過(guò)度指定，因為這將使設計的幾乎所有方面的成本增加。
隨著(zhù)圖像傳感器被無(wú)人機/UAV和自動(dòng)導引車(chē) (AGV) 等總是由電池供電的移動(dòng)應用采用，攝像頭方案（包括圖像傳感器）的功耗現在是個(gè)重要的考慮因素。 雖然圖像傳感器是個(gè)重要的功能，但它消耗的電流會(huì )耗盡電池電量，縮短車(chē)輛在兩次充電之間的間隔時(shí)間。
在許多情況下，攝像機執行多種任務(wù)，需要不同的分辨率，如低分辨率的攝像機用于簡(jiǎn)單的檢測，而高分辨率的攝像機則用于需要檢測細節的地方。
然而，由于需要使用不同的傳感器實(shí)現不同的分辨率，在許多情況下，每個(gè)傳感器都需要不同的設計，因而大大增加了設計任務(wù)（和時(shí)間）。即使設計完成了，由于每一個(gè)都是不同的，那么利用規模經(jīng)濟的能力就會(huì )大大減弱。
許多公司首次采用圖像傳感器來(lái)為其產(chǎn)品增加有價(jià)值的功能，學(xué)習曲線(xiàn)可能非常陡峭。一些制造商提供全面的工具，以減少設計風(fēng)險并指導設計人員完成設計過(guò)程。
在許多情況下，這些工具對經(jīng)驗豐富的設計人員也很有價(jià)值，他們需要在更快的時(shí)間范圍內進(jìn)行概念驗證，然后無(wú)縫開(kāi)發(fā)批量生產(chǎn)版本。
家族式系列方案輔以設計支援
安森美（onsemi）的XGS圖像傳感器系列采用家族式系列方案，共7款器件，分辨率從230萬(wàn)像素到1600萬(wàn)像素，采用與行業(yè)標準的29 mm x 29 mm布板兼容的通用占位。同樣，涵蓋2000萬(wàn)像素到4500萬(wàn)像素范圍的4款器件也享有通用的占位。
這種方法給設計人員帶來(lái)的巨大好處是他們可把已知性能的單一的相機硬件設計用于每個(gè)分辨率，且IP如固件可在整個(gè)系列的相機中重復使用。這極大地減少了設計時(shí)間和風(fēng)險，并允許在制造中實(shí)現規模經(jīng)濟。
圖2：XGS系列提供卓越的性能和極大的設計支援
在每個(gè)圖像傳感器中，即使是在微光條件下，先進(jìn)的3.2 mm像素設計也提供出色的圖像質(zhì)量和低噪聲水平?？焖俚娜挚扉T(mén)能捕獲高質(zhì)量的圖像，而不會(huì )出現卷簾快門(mén)技術(shù)相關(guān)的偽影。有各種速度等級可供選擇，有效地利用了可用的接口帶寬，從而使設計人員能夠管理系統成本。盡管性能很高，但分辨率高達4500萬(wàn)像素的XGS器件即使在全速運行時(shí)，其功耗也低于1000 mW。
圖3：XGS系列CMOS圖像傳感器，分辨率高達4500萬(wàn)像素
● 為了進(jìn)一步支持設計工作，有三種不同的評估系統可供選擇。
● 演示套件包括一個(gè)帶有 DevSuite 軟件的硬件平臺，支持完整的傳感器評估和訪(fǎng)問(wèn)所有寄存器。
● X-celerator 平臺包括公共 FPGA 代碼，并直接與 Altera® 軟件和賽靈思(Xilinx®) 開(kāi)發(fā)環(huán)境接口。
● X-Cube 平臺是完整的參考設計，用于 29 mm x 29 mm 格式，它使用 Lattice FPGA 進(jìn)行 HiSPi-to-MIPI 轉換。X-Cube 還使用 DevSuite 軟件進(jìn)行圖像捕獲、處理和分析。
總結
圖像傳感在包括工業(yè)在內的許多應用領(lǐng)域迅速增長(cháng)，因為它使系統能識別周?chē)氖澜绮⑴c之交互。 因此，為了提供最先進(jìn)的解決方案，許多公司現在首次提供視覺(jué)功能。 這會(huì )給設計人員帶來(lái)非常陡峭的學(xué)習曲線(xiàn)，尤其是當每個(gè)傳感器分辨率都需要專(zhuān)門(mén)的設計時(shí)。
安森美的低功耗、低噪聲 XGS 系列高性能圖像傳感器，具有通用的占位面積，并提供多個(gè)易于使用的開(kāi)發(fā)平臺，全面支援設計人員快速實(shí)現最先進(jìn)的相機設計。
作者：安森美工業(yè)和商業(yè)方案分部產(chǎn)品線(xiàn)經(jīng)理 Danny Scheffer
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