安森美半导体的全局快门图像传感器解决机器视觉的成像需求

发布于:2016/10/9 0:00:00 | 447 次阅读

    在“工业4.0”和“中国制造2025”的大势下,工业自动化趋势持续增强,机器视觉成为电子行业重要的新兴领域。在持续的自动化需求、社会安全保障需求和市场经济实力的推动下,机器视觉和智能交通系统市场迎来发展热潮。在中国,越来越多的大厂进入机器视觉市场。
    图像传感器的性能指标及发展趋势
    图像传感器是机器视觉系统捕获图像信息的关键元件。衡量图像传感器性能的因素包括分辨率、灵敏度、带宽、噪声、功耗、光学格式、帧率和CRA等。没有哪一种单一的图像传感技术或产品适用于所有应用,因而设计人员需根据应用需求匹配最适合的技术。相对而言,CCD传感器提供的图像均匀度、高线性动态范围、高光灵敏度、大光学格式,而CMOS传感器提供灵活读取、低功耗、高帧率和高集成能力。从应用市场来讲,Full Frame CCD针对科学、医疗领域,Interline Transfer CCD和全局快门CMOS用于机器视觉和智能交通系统,线性CCD适合用在扫描、食品/饮品等领域,卷帘快门CMOS主要用于安防监控行业。而无论是CCD还是CMOS图像传感器,都朝向更小像素(但同时保留性能)、更大光学格式、改进的输出设计及工艺的趋势发展,以满足市场对更高分辨率、更快输出速度、增强的量子效率(QE)、降低噪声和降低成本的需求。高速图像捕获可提供高吞吐量,高质量图像提供准确分析,高像素捕获清晰的图像细节。
    安森美半导体是能提供CMOS和CCD图像传感器的供应商
    安森美半导体传承40多年的成像专知,结合收购的CYPRESS、TRUESENSE、Aptina三家公司的技术优势,是能提供CMOS和CCD图像传感器的供应商,2015年在安防、扫描图像传感器市场均有的市场份额,在机器视觉市场也是排名第二。公司具备无与伦比的产品技术和全面丰富的产品组合,宽广的技术基础包括CCD和CMOS像素设计、背照式、电子倍增、系统级芯片(SoC) 集成、专用色彩滤波阵列(CFA)、高速读取架构、专有协处理器和定制设计能力等等,像素大小从1.1 ?m 至 24 ?m,分辨率从VGA至超过5000万像素,光学格式从2.2 mm至超过70 mm,并大力投资和开发未来的技术,配合市场发展。本文将着重介绍安森美半导体的全局快门CMOS图像传感器PYTHON系列及Interline Transfer CCD图像传感器。
    全局快门CMOS 图像传感器
    CMOS图像传感器能提供CCD图像传感器不具备的一些功能,内部集成数字处理能力,如可在像素内部将电荷转为电压,从而提供比CCD更快的帧率。而且,CMOS架构支持用户根据自己的需要设计小窗口输出,使读出更灵活。此外,CMOS的功耗低,设计简单。虽然CCD图像传感器在成像质量上仍处于地位,但随着技术的发展,全局快门CMOS和CCD图像传感器的成像质量的差异会越来越小。全局快门CMOS图像传感器的关键应用包括检验、医疗成像、运动分析、安防、显微镜及智能交通等等。
    针对工业高端应用的全局快门CMOS传感器:PYTHON
    安森美半导体的PYTHON 系列具有优越的图像品质、高且灵活的读出速度,提供低功耗/帧率版本及可扩展的平台,解决要求严苛的工业成像和智能交通应用需求,如检验系统、车牌识别、监控、科学研究、交通摄像机、机器人导引和运动分析等等。
    1. 优越的图像品质
    PYTHON采用的全局快门结构,可确保捕获移动物体时无运动伪影,像素内相关双采样(CDS)确保低输出噪声,片上固定模式噪声(FPN)校正提供增强的图像品质,根据应用的可配置性为指定终端应用优化图像质素,高量子效率提供从紫外到近红外的灵敏度,产品有黑白、彩色和近红外三种选择。
    2. 低功耗/帧率版本可供选择
    为满足某些客户想要降低产品功耗和成本的需求,安森美半导体还提供低功耗级 PYTHON 1300和PYTHON 5000,通过降低帧率优化约33%的功耗,同时保留PYTHON系列的高光学性能,因而成为高性价比选择,用于可支持低帧率的应用。


    表1:PYTHON低功耗/帧率方案


    3.  高且灵活的读出速度
    PYTHON拥有符合并超越现代接口如USB3、USB3.1、10 GigE、Cameralink的带宽,ROI模式用于定制的输出选择,开窗时速度以平方增加。


    图1:PYTHON高带宽支持高帧率和高分辨率


    4. 可扩展
    PYTHON系列共计9款不同器件,提供从VGA到超过2500万像素的分辨率,采用3种封装尺寸,所有器件有类似的电气和设计要求,所有的产品可共享同一个设计方案。


    图2:PYTHON系列的9款器件


    因此,基于PYTHON支持USB3以上的高带宽,可提供更快的帧率而不牺牲图像品质,达2500万像素的分辨率符合市场需要更高分辨率的趋势,九种不同的分辨率选择可根据不同应用需求提供定制的终端客户方案,可扩展性缩短设计时间,加快产品上市。
    PYTHON的通用平台框图如图3所示,通常用FPGA提供传感器的外部控制信号,及作为传感器的输出转换接口,同时做一些简单的图像处理,并用USB3.0、GigE、Camera Link等视频接口输出图像。


    图3:PYTHON通用平台框图


    Interline Transfer CCD图像传感器
    Interline  Transfer  CCD 比Full frame CCD提供更多的功能性,它采用电子快门,比机械快门更简单稳定,图像一致性好,噪声低,可用于对图像品质要求极为严格的机器视觉、监控、智能交通、医疗和科学等领域。
    安森美半导体的Interline Transfer CCD当前最常用的主要是5.5微米和7.4微米两个系列,分辨率从100万至2900万像素,光学格式从1/2” 至35 mm,具有低噪声、低拖影(smear)等先进的成像性能和全局快门架构,提供黑白、拜耳色、Sparse色彩滤波阵列配置,全系列器件享有共同的输出引脚、封装和时序定义,只需一个专用的ID引脚来区分,支持一个摄像机设计用于全系列30多款产品,简化设计。其中5.5微米用于主流应用,而7.4微米用于提升的成像性能。
    1. 世界分辨率的Interline Transfer CCD:KAI-47051
    KAI-47051图像传感器针对严格要求的成像应用如平板检测和空中侦察,提供图像均匀度和全局快门架构,4700万像素可捕获非常清晰的图像细节,16路输出的架构支持帧率达7 fps,并具备黑白、拜耳色彩和Sparse CFA配置。
    相对于CMOS的设计,CCD的电源和时钟要求比较严格,需要专门的水平时钟驱动、垂直时钟驱动和电子快门驱动,由于是模拟信号输出,需要外部ADC将模拟信号转换成数字信号输出,再经FPGA处理,由USB3.0、GigE、Camera Link等视频接口输出图像。


    图4:KAI-47051平台框图


    2. KAI-29050和KAI-08052图像传感器
    KAI-29050和KAI-08052是5.5微米的Interline Transfer CCD图像传感器,提供图像均匀度和全局快门架构,及黑白、拜耳和Sparse CFA配置,4路输出,用于平板检测和空中侦察。这两款器件的像素分别为2880万和810万,支持帧率分别为4 fps 和16 fps。其中KAI-08052 具有增强的近红外灵敏度,对推动科学研究、医疗应用的发展非常重要。
    其它CMOS图像传感器
    1.全局快门CMOS 传感器AR0135
    AR0135作为AR0134的升级产品,像素大小3.75微米,像素高达100万,光学尺寸仅1/3英寸,支持60 fps的720p,功耗低,封装紧凑,读取噪声低,适用于条码扫描、工业、玩具/游戏机、汽车等领域。
    2. 全局快门CMOS 传感器AR0144
    AR0144像素大小仅3微米,为目前业界像素最小的全局快门CMOS传感器,像素分辨率100万,光学尺寸仅1/4英寸,噪声低,高温下极低暗电流,支持60 fps,采用非常紧凑的封装,目标市场包括条码扫描、玩具/游戏机和工业应用。
    总结
    安森美半导体作为一家同时拥有CCD和CMOS技术的供应商,拥有超过2000个技术,宽广的产品阵容从卷帘快门到全局快门,从VGA至4700万像素,从低速、低功耗到高帧率,配合机器视觉和工业应用发展趋势,满足客户不同的应用需求,并配以经验丰富的中国当地技术团队、强大的销售支援,和专注亚太的图像工程方案中心,协助中国厂商赢得市场。

参与讨论
后参与讨论

//评论区

推荐阅读

智能网联汽车国际标准法规协调专家组(HEAG)召开工作会议

近年来智能网联汽车快速发展,新技术不断涌现,与相关产业融合度持续提升,正在推动全球汽车产业发生深刻变革。为应对此种形势,欧、美、日等汽车工业发达国家和地区都加大了智能网联汽车的国际标准法规协调的参与力度,在联合国世界车辆法规论坛(UN/WP.29)和国际标准化组织(ISO)层面,智能网联汽车相关国际标准法规协调活动正快速推进。 为更有效地支撑上述组织的国际标准法规协调活动,2017年全国汽车标准

0215jiejie | 发布于:2022-12-01 0评论 0赞

苹果推出搭载M2芯片的新款iPad Pro 799美元起售

据苹果官网,苹果推出搭载M2芯片的新款iPadPro。 11英寸wifi版起售价为799美元,wifi+蜂窝网络版起售价为999美元;12.9英寸wifi版起售价为1099美元,wifi+蜂窝网络版起售价为1299美元。

0215jiejie | 发布于:2022-10-19 0评论 0赞

新能源汽车领衔 “中国智造”加速登陆欧洲市场

全球五大车展之一巴黎车展时隔四年再度启幕。在这场被视为“全球汽车行业风向标”的盛会上,国内外汽车品牌云集,长城汽车、比亚迪等再次领衔中国汽车出海。 长城汽车欧洲区域总裁孟祥军表示:“欧洲是长城汽车最重要的海外市场之一,巴黎车展是长城汽车向欧洲市场展示GWM品牌和产品的最佳机会。长城汽车正在研究汽车行业碳排放的整个生命周期,到2025年,将推出50多款新能源产品,全力支持可再生能源使用,为全球用户

0215jiejie | 发布于:2022-10-19 0评论 0赞

严监管时代来临,电子烟“通配”大战走向何方?

针对通配烟弹厂商的一系列诉讼的结果,将对生产通配烟弹的品牌未来在电子烟行业的发展产生深远影响。 10月1日,《电子烟强制性国家标准》正式实施,中国电子烟监管全面生效。而在电子烟行业进入规范化、法治化阶段前夕,一场围绕着通配烟弹的争论在行业里发酵。 “通配”是电子烟从业者约定俗成的概念。换弹式电子烟由烟杆和烟弹组成,“通配”烟弹指的是非品牌商生产、可与品牌烟杆匹配使用的烟弹。多位业内人士表示,被

0215jiejie | 发布于:2022-10-19 0评论 0赞

Bourns 全新大功率分流电阻器

采用金属感应引脚,专用于大电流应用中进行精确测量 全新分流电阻器专为电池管理系统、大电流工业控制和电动汽车充电站 提供高可靠性、高成本效益的解决方案 美国柏恩Bourns全球知名电子组件领导制造供货商,宣布新增12款CSM2F系列功率分流电阻器,扩展其产品组合。全新系列采用铆接通孔金属传感引脚,可满足大电流应用中对电压测试点精确定位日益增长的需求。最新型Bourns?CSM2F系列分流电阻器

0215jiejie | 发布于:2022-10-18 0评论 0赞

请尊重元宇宙“这个筐”

元宇宙是个筐,啥都往里装,但区别在于有的像聚宝盆,有的像垃圾桶。国庆假期刚结束,中青宝“90后”董事长李逸伦便亲自上阵,玩起了元宇宙婚礼。靠着老板首秀和代言,中青宝顺势推出“MetaLove元囍”App,正式进军元宇宙婚礼赛道。 就产品而言,如同其他元宇宙产品,李逸伦的元宇宙婚礼“新奇与吐槽齐飞”:有人说是有趣的尝试,有人则认为像QQ炫舞结婚系统。要知道,QQ炫舞是一款推出了十余年的老游戏。

0215jiejie | 发布于:2022-10-13 0评论 0赞

边缘计算:突围商业模式痛点

截至8月末,中国5G基站总数达210.2万个,中国5G发展已经进入下半场。随着5G加速融入千行百业,互动直播、vCDN、安防监控等场景率先大规模落地,车联网、云游戏、工业互联网、智慧园区、智慧物流等场景也快速走向成熟,这些更大流量、更低时延、更高性能的场景涌现,对边缘计算的刚性需求势必爆发。 GrandViewResearch预测,即使在新型冠状病毒肺炎疫情肆虐全球的背景下,边缘计算和5G网络市

0215jiejie | 发布于:2022-10-13 0评论 0赞

商务部回应美商务部升级半导体等领域对华出口管制并调整出口管制“未经验证清单”

商务部新闻发言人10日就美商务部升级半导体等领域对华出口管制并调整出口管制“未经验证清单”应询答记者问。 有记者问:近日,美国商务部在半导体制造和先进计算等领域对华升级出口管制措施。同时,在将9家中国实体移出“未经验证清单”过程中,又将31家中国实体列入,请问中方对此有何回应? 对此,商务部新闻发言人回应称,中方注意到相关情况。首先,通过中美双方前一阶段共同努力,9家中国实体zui终

0215jiejie | 发布于:2022-10-13 0评论 0赞

TCL华星官宣与奔驰合作:推出全球首款横贯A柱的车载显示屏

今年1月,奔驰带来了VISIONEQSS概念车,其中控台采用了一块完全无缝的47.5英寸曲面显示屏,横贯整个A柱,令人印象深刻。今天,TCL华星正式官宣与奔驰达成合作,并认领了VISIONEQSS上这块全球首款横贯整个A柱曲面的车载显示屏。 根据TCL介绍,这款显示屏采用了完全无缝的超薄一体化设计,将仪表盘、中控与副驾娱乐显示融为一体,并能够与3D实时导航系统相辅相成。 同时,这块显示屏还采用

0215jiejie | 发布于:2022-10-12 0评论 0赞

半导体板块暴跌 谁最受伤

国庆假期后首日开盘,上证综指时隔5个月再次失守3000点,与此同时,半导体板块也再度走低,其中,北方华创、雅克科技等个股跌停。10月11日早盘期间,半导体板块持续下挫,北方华创、雅克科技再度跌停。截至下午收盘,北方华创、雅克科技维持跌停状态,华海清科、拓荆科技-U、盛美上海、清溢光电、海光信息的跌幅则超10%。同日,半导体板块中的119只个股中超五成呈现下跌趋势。 在半导体板块遭遇下挫的同时,北

0215jiejie | 发布于:2022-10-12 0评论 0赞