安森美半導(dǎo)體應(yīng)用于物聯(lián)網(wǎng)的成像技術(shù)和方案
發(fā)布時(shí)間:2017-09-25 來源:安森美 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】安森美半導(dǎo)體寬廣的成像和像素技術(shù)和圖像傳感器陣容,配以公司在成像領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)和專長(zhǎng),實(shí)現(xiàn)超越人眼界限的創(chuàng)新視野,解決機(jī)器人導(dǎo)引、運(yùn)動(dòng)分析、車牌識(shí)別、科學(xué)研究、家居安防、智能家電、嬰兒監(jiān)視器、智能照明、可穿戴等多個(gè)物聯(lián)網(wǎng)細(xì)分領(lǐng)域的成像需求,尤其在汽車成像、先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)、條碼掃描、機(jī)器視覺、安防及太空等成像領(lǐng)域稱冠全球。本文將列舉一些物聯(lián)網(wǎng)關(guān)鍵應(yīng)用采用安森美半導(dǎo)體圖像傳感器的例子。
際此萬物互聯(lián)時(shí)代的來臨,圖像傳感可說是促進(jìn)物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的一個(gè)重要接口,是萬物之“眼”。
物聯(lián)網(wǎng)圖像傳感器用于智能家庭應(yīng)用
智能家庭應(yīng)用包括家居安防、智能門鎖/門鈴、可穿戴、智能家電、智能照明、嬰兒監(jiān)護(hù)等多個(gè)終端應(yīng)用,主要采用720p和1080p的圖像傳感器以滿足對(duì)圖像傳輸?shù)囊螅瑫r(shí)要求具備出色的微光夜視性能和抗高溫性能、低功耗、小體積。安森美半導(dǎo)體針對(duì)此類應(yīng)用的產(chǎn)品陣容如圖1所示,按照像素主要分為VGA、720p、1080p和全高清四個(gè)檔次。
圖1:安森美半導(dǎo)體用于智能家庭應(yīng)用的圖像傳感器
在VGA的應(yīng)用中,安森美半導(dǎo)體主要有ASX340、ASX350等系統(tǒng)單芯片(SoC)產(chǎn)品,具有低功耗、小封裝、高性能等特點(diǎn),適用于智能照明等應(yīng)用。針對(duì)720p,主要有AR0130、AR0140等產(chǎn)品,提供出色的微光性能和低功耗,用于智能門鈴/門鎖、家居安防系統(tǒng)等家居自動(dòng)化應(yīng)用。1080p的產(chǎn)品主要有AR0230、AR0238、AR0239及AR0330等,具備高動(dòng)態(tài)范圍(HDR),適用于智能家居、車庫等應(yīng)用。針對(duì)全高清的檔次,安森美半導(dǎo)體主要提供高性能的HDR產(chǎn)品,如AR1335、AR0430及 AR0521等,用于360度全景攝像機(jī)等應(yīng)用。
AR0521是安森美半導(dǎo)體于2017年重點(diǎn)推出的明星產(chǎn)品,像素達(dá)500萬,采用最新的2.2 um BSI技術(shù),具備HDR及出色的微光成像性能,引領(lǐng)500萬像素在模擬、網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)(IPC)及各種智能家居市場(chǎng)應(yīng)用。AR0521光學(xué)尺寸1/2.5”,光學(xué)格式4:3,支持60 fps 線性輸出或30 fps T1/T2長(zhǎng)短曝光輸出,量子效率達(dá)83%,并提升近紅外(NIR)性能,使得在850 nm處量子效率達(dá)20%,在940nm出達(dá)到10%,輸出接口包括通用的4通道MIPI和安森美半導(dǎo)體獨(dú)有的HiSPi協(xié)議,采用12 x 12 mm mPLCC封裝,最大限度地實(shí)現(xiàn)價(jià)格與性能的平衡。AR0521目前已大量用于模擬、IPC、安防等市場(chǎng),在全景、運(yùn)動(dòng)DV等市場(chǎng)的應(yīng)用也在開發(fā)中。為了保證客戶產(chǎn)品開發(fā)的連續(xù)性,安森美半導(dǎo)體在不久的將來還會(huì)推出AR0521的增強(qiáng)版本,使得850nm處效率達(dá)到40%,940nm則也翻倍達(dá)到20%。
圖2展示了AR0521分別于100 lux和微光1 lux光照條件下的成像,可以看出其在兩種光照條件下的噪聲控制、細(xì)節(jié)保留、色彩還原等方面的表現(xiàn)都相當(dāng)出色。
圖2:AR0521分別于100 lux和1 lux光照條件下的成像
物聯(lián)網(wǎng)圖像傳感器用于掃描應(yīng)用
掃描市場(chǎng)通過技術(shù)互聯(lián)使得產(chǎn)品的應(yīng)用范圍從傳統(tǒng)的固定活檢、工業(yè)掃描擴(kuò)展至如今流行的快遞、微信、支付寶掃碼等等。隨著掃描需求的不斷增加,以及從目前的2D到未來的3D掃描,都對(duì)圖像傳感器提出了新的要求。
全局快門和卷簾快門是圖像傳感器的兩種曝光方式。卷簾快門采用逐行曝光的方式,當(dāng)物體移動(dòng)時(shí)抓拍會(huì)產(chǎn)生變形和扭曲的圖像,而全局快門用所有像素點(diǎn)于同一時(shí)間捕獲影像數(shù)據(jù)的方式取代逐行曝光,最大限度地消除在移動(dòng)抓拍中物體的偽影。隨著市場(chǎng)要求的提高,對(duì)全局快門圖像傳感器的需求會(huì)越來越多。全局快門要求像素內(nèi)(in-pixel)存儲(chǔ),這為圖像傳感器的設(shè)計(jì)帶來很多挑戰(zhàn),如存儲(chǔ)單元占用像素面積,會(huì)影響像素表現(xiàn),又如光與存儲(chǔ)區(qū)的干擾隔離,同時(shí),全局快門需要更快的讀取速度。
針對(duì)掃描市場(chǎng),安森美半導(dǎo)體提供優(yōu)質(zhì)的全局快門系列產(chǎn)品,可捕獲快速移動(dòng)的的對(duì)象,主要應(yīng)用于掃碼的VGA、100萬像素及更高像素輸出,產(chǎn)品經(jīng)市場(chǎng)驗(yàn)證,質(zhì)量、信用及技術(shù)水平都得到客戶的廣泛認(rèn)可,目前占據(jù)超過40%的市場(chǎng)份額。為了更全面地協(xié)助客戶,安森美半導(dǎo)體還提供完整的方案,包括整套的開發(fā)工具,以便客戶評(píng)估、開發(fā)、驗(yàn)證,并持續(xù)創(chuàng)新。
對(duì)于用于掃描應(yīng)用的圖像傳感器有兩個(gè)關(guān)鍵的技術(shù)指標(biāo):線性滿井電荷容量(LFW)和全局快門效率(GSE)。以安森美半導(dǎo)體的AR0144全局快門傳感器為例,該器件提供最佳的3.0 um全局快門像素表現(xiàn),LFW和GSE比競(jìng)爭(zhēng)器件分別好2倍和5倍,從而可實(shí)現(xiàn)用更小的像素面積達(dá)到同樣甚或更高的靈敏度,同時(shí)對(duì)動(dòng)態(tài)范圍、芯片大小、成本等方面都有極大的優(yōu)化。而GSE越高,表明圖像受殘存電荷的影響越小,捕獲的圖像越均勻、真實(shí)。
AR0144是100萬像素、3.0 um全局快門傳感器,光學(xué)尺寸1/4”,分辨率1280 x 800,最大幀率60 fps,采用2通道MIPI或并行接口,支持黑白和彩色版本,主光線角度(CRA)支持0度及25度,讀取噪聲低至3.7e-,在60C結(jié)溫的暗電流低至105 e-/秒,并具備低功耗和小封裝尺寸,除了用于條碼掃描,在玩具/游戲、無人機(jī)等市場(chǎng)也有廣泛的應(yīng)用。
圖3:AR0144的關(guān)鍵性能、優(yōu)勢(shì)及終端應(yīng)用
AR0135是1/3”英寸、130萬像素、3.75 um全局快門高性能傳感器,采用并行或HiSPi輸出接口,具有黑白和彩色版本,并提供通過汽車級(jí)認(rèn)證的版本,適用于對(duì)圖像要求較高的掃描應(yīng)用。
圖4:AR0135的關(guān)鍵性能、優(yōu)勢(shì)及終端應(yīng)用
PYTHON480是高速曝光的VGA全局快門傳感器,專為適應(yīng)掃描、無人機(jī)等市場(chǎng)而設(shè)計(jì),分辨率800 x 600,最大幀率120 fps,像素大小4.8 um,采用安森美半導(dǎo)體專有的像素內(nèi)相關(guān)雙采樣全局快門技術(shù),具備低讀取噪聲、低功耗、高靈敏度、高動(dòng)態(tài)范圍、高量子效率和緊湊的光學(xué)格式,適用于成本和尺寸敏感及電池供電的應(yīng)用。
圖5:PYTHON480的關(guān)鍵性能及優(yōu)勢(shì)
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)之圖像傳感器
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)涉及檢驗(yàn)系統(tǒng)、車牌識(shí)別、監(jiān)控、科學(xué)研究、智能交通、機(jī)器人導(dǎo)引、運(yùn)動(dòng)分析等許多應(yīng)用。工業(yè)4.0、自動(dòng)化、機(jī)器人等都需要工業(yè)攝像機(jī)作為信息采集來源。該領(lǐng)域的成像要求因終端應(yīng)用而異。更高性能意味著具備更高分辨率、更高幀率、更小光學(xué)格式、更高靈敏度、更準(zhǔn)確的色彩還原等,但很難有同時(shí)具備所有高性能特點(diǎn)的器件,即使有,成本也會(huì)相當(dāng)高。因而需要根據(jù)不同的終端應(yīng)用,有針對(duì)性地選擇最應(yīng)考慮的方面來提升性能。
針對(duì)這一挑戰(zhàn),安森美半導(dǎo)體提供同時(shí)具有優(yōu)異的影像質(zhì)量、多種分辨率選項(xiàng)、高帶寬能力(高分辨率+幀率)、配置(黑白、彩色、近紅外NIR等)選項(xiàng)、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)和具性價(jià)比的單個(gè)攝像機(jī)平臺(tái)PYTHON系列。
PYTHON系列具有以下優(yōu)勢(shì):
1、采用全局快門、像素內(nèi)雙采樣和片上固定模式噪聲(FPN)校正技術(shù),擁有先進(jìn)的成像品質(zhì);
2、高靈敏度設(shè)計(jì):高量子效率,具備黑白、彩色和增強(qiáng)的NIR靈敏度等多種配置;
3、高帶寬:多達(dá)32個(gè)低壓差分信號(hào)(LVDS)通道,滿足現(xiàn)代接口,數(shù)據(jù)速度超過20 GB/s;
4、窗口讀取(ROI):支持多達(dá)32個(gè)可編程ROI,幀與幀之間可配置,實(shí)現(xiàn)二次速度增加;
5、多配置選項(xiàng):支持CSP、pLCC封裝選項(xiàng),提供低功耗版本以降低成本,并提供帶或不帶保護(hù)膜選項(xiàng),以及彩色、黑白、增強(qiáng)的NIR版本
6、僅需兩塊PCB就能制造36種攝像機(jī),覆蓋從VGA至2500萬像素的9個(gè)分辨率。如PYTHON 300、PYTHON 500、PYTHON 1300共用一個(gè)封裝,PYTHON 2000、PYTHON 5000共用一個(gè)封裝,而這兩種封裝又可共用設(shè)計(jì)為ISP8的復(fù)合封裝,從而實(shí)現(xiàn)5個(gè)分辨率共用一塊PCB。另外,PYTHON 10K、12K、16K、25K共用一個(gè)封裝。這樣通過單個(gè)攝像機(jī)實(shí)現(xiàn)多個(gè)配置的設(shè)計(jì),大大節(jié)省了開發(fā)時(shí)間。
圖6:PYTHON系列全局快門CMOS傳感器關(guān)鍵規(guī)格
輸出接口方面,PYTHON系列支持LVDS、并行和低成本三種版本。
總結(jié)
圖像傳感器是萬物之“眼”。安森美半導(dǎo)體是物聯(lián)網(wǎng)成像應(yīng)用領(lǐng)域的佼佼者,提供寬廣的圖像傳感器陣容和先進(jìn)的成像技術(shù),滿足物聯(lián)網(wǎng)多個(gè)細(xì)分領(lǐng)域的成像需求,尤其在汽車成像、先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng)、條碼掃描、機(jī)器視覺、安防及太空等成像領(lǐng)域稱冠全球,并利用在成像領(lǐng)域的經(jīng)驗(yàn)和專長(zhǎng)不斷創(chuàng)新以配合市場(chǎng)趨勢(shì),輔以在上海的影像工程方案中心和在北京、上海、深圳的現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用工程團(tuán)隊(duì),為客戶提供完整的參考設(shè)計(jì)及功能模塊的設(shè)計(jì)和驗(yàn)證等全方位支持,幫助客戶加快開發(fā)進(jìn)程。
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