安森美半導(dǎo)體的全局快門圖像傳感器解決機器視覺的成像需求

　　在“工業(yè)4.0”和“中國制造2025”的大勢下，工業(yè)自動化趨勢持續(xù)增強，機器視覺成為電子行業(yè)重要的新興領(lǐng)域。在持續(xù)的自動化需求、社會安全保障需求和市場經(jīng)濟實力的推動下，全球機器視覺和智能交通系統(tǒng)市場迎來發(fā)展熱潮。在中國，越來越多的大廠進入機器視覺市場。

　　圖像傳感器的性能指標(biāo)及發(fā)展趨勢

　　圖像傳感器是機器視覺系統(tǒng)捕獲圖像信息的關(guān)鍵元件。衡量圖像傳感器性能的因素包括分辨率、靈敏度、帶寬、噪聲、功耗、光學(xué)格式、幀率和CRA等。沒有哪一種單一的圖像傳感技術(shù)或產(chǎn)品適用于所有應(yīng)用，因而設(shè)計人員需根據(jù)應(yīng)用需求匹配最適合的技術(shù)。相對而言，CCD傳感器提供最佳的圖像均勻度、高線性動態(tài)范圍、高光靈敏度、大光學(xué)格式，而CMOS傳感器提供靈活讀取、低功耗、高幀率和高集成能力。從應(yīng)用市場來講，F(xiàn)ull Frame CCD針對科學(xué)、醫(yī)療領(lǐng)域，Interline Transfer CCD和全局快門CMOS用于機器視覺和智能交通系統(tǒng)，線性CCD適合用在掃描、食品/飲品等領(lǐng)域，卷簾快門CMOS主要用于安防監(jiān)控行業(yè)。而無論是CCD還是CMOS圖像傳感器，都朝向更小像素(但同時保留性能)、更大光學(xué)格式、改進的輸出設(shè)計及工藝的趨勢發(fā)展，以滿足市場對更高分辨率、更快輸出速度、增強的量子效率(QE)、降低噪聲和降低成本的需求。高速圖像捕獲可提供高吞吐量，高質(zhì)量圖像提供準(zhǔn)確分析，高像素捕獲清晰的圖像細節(jié)。

　　安森美半導(dǎo)體是唯一能提供CMOS和CCD圖像傳感器的供應(yīng)商

　　安森美半導(dǎo)體傳承40多年的成像專知，結(jié)合收購的CYPRESS、TRUESENSE、Aptina三家公司的技術(shù)優(yōu)勢，是唯一能提供CMOS和CCD圖像傳感器的供應(yīng)商，2015年在安防、掃描圖像傳感器市場均有最大的市場份額，在機器視覺市場也是排名第二。公司具備無與倫比的產(chǎn)品技術(shù)和全面豐富的產(chǎn)品組合，寬廣的技術(shù)基礎(chǔ)包括CCD和CMOS像素設(shè)計、背照式、電子倍增、系統(tǒng)級芯片(SoC) 集成、專用色彩濾波陣列(CFA)、高速讀取架構(gòu)、專有協(xié)處理器和定制設(shè)計能力等等，像素大小從1.1 µm 至 24 µm，分辨率從VGA至超過5000萬像素，光學(xué)格式從2.2 mm至超過70 mm，并大力投資和開發(fā)未來的領(lǐng)先技術(shù)，配合市場發(fā)展。本文將著重介紹安森美半導(dǎo)體的全局快門CMOS圖像傳感器PYTHON系列及Interline Transfer CCD圖像傳感器。

　　全局快門CMOS 圖像傳感器

　　CMOS圖像傳感器能提供CCD圖像傳感器不具備的一些功能，內(nèi)部集成數(shù)字處理能力，如可在像素內(nèi)部將電荷轉(zhuǎn)為電壓，從而提供比CCD更快的幀率。而且，CMOS架構(gòu)支持用戶根據(jù)自己的需要設(shè)計小窗口輸出，使讀出更靈活。此外，CMOS的功耗低，設(shè)計簡單。雖然CCD圖像傳感器在成像質(zhì)量上仍處于領(lǐng)先地位，但隨著技術(shù)的發(fā)展，全局快門CMOS和CCD圖像傳感器的成像質(zhì)量的差異會越來越小。全局快門CMOS圖像傳感器的關(guān)鍵應(yīng)用包括檢驗、醫(yī)療成像、運動分析、安防、顯微鏡及智能交通等等。

　　針對工業(yè)高端應(yīng)用的全局快門CMOS傳感器：PYTHON

　　安森美半導(dǎo)體的PYTHON 系列具有優(yōu)越的圖像品質(zhì)、高且靈活的讀出速度，提供低功耗/幀率版本及可擴展的平臺，解決要求嚴苛的工業(yè)成像和智能交通應(yīng)用需求，如檢驗系統(tǒng)、車牌識別、監(jiān)控、科學(xué)研究、交通攝像機、機器人導(dǎo)引和運動分析等等。

　　1. 優(yōu)越的圖像品質(zhì)

　　PYTHON采用專利的全局快門結(jié)構(gòu)，可確保捕獲移動物體時無運動偽影，像素內(nèi)相關(guān)雙采樣(CDS)確保低輸出噪聲，片上固定模式噪聲(FPN)校正提供增強的圖像品質(zhì)，根據(jù)應(yīng)用的可配置性為指定終端應(yīng)用優(yōu)化圖像質(zhì)素，高量子效率提供從紫外到近紅外極佳的靈敏度，產(chǎn)品有黑白、彩色和近紅外三種選擇。

　　2. 低功耗/幀率版本可供選擇

　　為滿足某些客戶想要降低產(chǎn)品功耗和成本的需求，安森美半導(dǎo)體還提供低功耗級 PYTHON 1300和PYTHON 5000，通過降低幀率優(yōu)化約33%的功耗，同時保留PYTHON系列的高光學(xué)性能，因而成為高性價比選擇，用于可支持低幀率的應(yīng)用。

　　表1：PYTHON低功耗/幀率方案

　　3. 高且靈活的讀出速度

　　PYTHON擁有符合并超越現(xiàn)代接口如USB3、USB3.1、10 GigE、Cameralink的帶寬，ROI模式用于定制的輸出選擇，開窗時速度以平方增加。

　　圖1：PYTHON高帶寬支持高幀率和高分辨率

　　4. 可擴展

　　PYTHON系列共計9款不同器件，提供從VGA到超過2500萬像素的分辨率，采用3種封裝尺寸，所有器件有類似的電氣和設(shè)計要求，所有的產(chǎn)品可共享同一個設(shè)計方案。

　　圖2：PYTHON系列的9款器件

　　因此，基于PYTHON支持USB3以上的高帶寬，可提供更快的幀率而不犧牲圖像品質(zhì)，達2500萬像素的分辨率符合市場需要更高分辨率的趨勢，九種不同的分辨率選擇可根據(jù)不同應(yīng)用需求提供定制的終端客戶方案，可擴展性縮短設(shè)計時間，加快產(chǎn)品上市。