全局快門圖像傳感器解決機(jī)器視覺(jué)的成像需求分析

在“工業(yè)4.0”和“中國(guó)制造2025”的大勢(shì)下，工業(yè)自動(dòng)化趨勢(shì)持續(xù)增強(qiáng)，機(jī)器視覺(jué)成為電子行業(yè)重要的新興領(lǐng)域。在持續(xù)的自動(dòng)化需求、社會(huì)安全保障需求和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)實(shí)力的推動(dòng)下，全球機(jī)器視覺(jué)和智能交通系統(tǒng)市場(chǎng)迎來(lái)發(fā)展熱潮。在中國(guó)，越來(lái)越多的大廠進(jìn)入機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)。
　　圖像傳感器的性能指標(biāo)及發(fā)展趨勢(shì)
　　圖像傳感器是機(jī)器視覺(jué)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(méi)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(jì)人員需根據(jù)應(yīng)用需求匹配最適合的技術(shù)。相對(duì)而言，CCD傳感器提供最佳的圖像均勻度、高線性動(dòng)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(chǎng)來(lái)講，F(xiàn)ull Frame CCD針對(duì)科學(xué)、醫(yī)療領(lǐng)域，Interline Transfer CCD和全局快門CMOS用于機(jī)器視覺(jué)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(wú)論是CCD還是CMOS圖像傳感器，都朝向更小像素（但同時(shí)保留性能）、更大光學(xué)格式、改進(jìn)的輸出設(shè)計(jì)及工藝的趨勢(shì)發(fā)展，以滿足市場(chǎng)對(duì)更高分辨率、更快輸出速度、增強(qiáng)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(xì)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(gòu)的CYPRESS、TRUESENSE、Aptina三家公司的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，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(chǎng)均有最大的市場(chǎng)份額，在機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)也是排名第二。公司具備無(wú)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(jì)、背照式、電子倍增、系統(tǒng)級(jí)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(jì)能力等等，像素大小從1.1 μm 至 24 μm，分辨率從VGA至超過(guò)5000萬(wàn)像素，光學(xué)格式從2.2 mm至超過(guò)70 mm，并大力投資和開發(fā)未來(lái)的領(lǐng)先技術(shù)，配合市場(chǎng)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(jì)小窗口輸出，使讀出更靈活。此外，CMOS的功耗低，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(huì)越來(lái)越小。全局快門CMOS圖像傳感器的關(guān)鍵應(yīng)用包括檢驗(yàn)、醫(yī)療成像、運(yùn)動(dòng)分析、安防、顯微鏡及智能交通等等。
　　針對(duì)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(kuò)展的平臺(tái)，解決要求嚴(yán)苛的工業(yè)成像和智能交通應(yīng)用需求，如檢驗(yàn)系統(tǒng)、車牌識(shí)別、監(jiān)控、科學(xué)研究、交通攝像機(jī)、機(jī)器人導(dǎo)引和運(yùn)動(dòng)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(dòng)物體時(shí)無(wú)運(yùn)動(dòng)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(qiáng)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(jí) PYTHON 1300和PYTHON 5000，通過(guò)降低幀率優(yōu)化約33%的功耗，同時(shí)保留PYTHON系列的高光學(xué)性能，因而成為高性價(jià)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(shí)速度以平方增加。
　　
　　圖1：PYTHON高帶寬支持高幀率和高分辨率