新一代工業(yè)成像應用驅動圖像傳感器平臺

工業(yè)成像（Industrial Imaging）是一個不斷成長的市場，涵蓋從檢測、機器人導引、高端監(jiān)控、智慧交通系統(tǒng)以及科學研究等應用領域。雖然這些應用的客戶都認可他們需要一個“高性能”的成像系統(tǒng)，但是不同應用代表的不同需求意味著，特定成像會根據應用不同而有很大的差別。有時候，“高性能”可能意味著獲取高清畫面幀率（frame rate）的高清晰度圖像—獲取每秒50格、100格或200格畫面以上的幾百萬像素。但有時候不同的性能特征可能更重要，像是小體積攝影機、增強的光敏感度(是否可見或近紅外)、色彩保真度、定制化等等。由于應用領域的廣度，沒有單一成像方案可以有效滿足所有需求，攝影機廠商需要提供一系列不同的攝影機，有不同的解析度、畫面播放速率、光靈敏度、輸出接口等，為這個市場提供更高效的服務?？剂康礁偁幜?，必須是具成本效益的開發(fā)，支持快速有效的設計與制造，并能使用于多個攝影機模型。圖像傳感器制造商可以開發(fā)一系列整合高性能圖像傳感器來簡化這類攝影機組合的開發(fā)，這些圖像傳感器奠基于一個共同的圖像傳感器架構，有一系列的分辨率和配置選項。利用這樣一個平臺，攝影機制造商可以充份利用單個攝影機設計來支持整個系列的圖像傳感器。從安森美半導體（ON Semiconductor）的全域快門CMOS圖像傳感器PYTHON系列中可找到這類圖像傳感器平臺設計例子。由于該系列的VGA、50萬像素和130萬像素成員都具有相同接腳定義和電氣連接的相同封裝，能輕松設計單個攝影機，支持所有三款元件。同樣的，一個設計可以同時支持該系列的200萬和500萬像素系列產品。但實際上，因為可以用支持這兩款元件的LCC封裝套，兩個板的部署可合而為一。這支持了使用單板布局，從VGA到500萬像素的元件。

PYTHON全域快門CMOS圖像傳感器為μPGA高清晰度傳感器增添第二種板設計時，該系列的9種解析度—對應于黑白、彩色和增強的近紅外(NIR)配置的36種可擴展攝影機—可以只使用兩塊印刷電路板。這種設計的共同性大量簡化攝影機制造商開發(fā)廣泛工業(yè)成像應用攝影機選項的工作，降低成本，加快新的攝影機設計上市進程。當然，即使有互相容性，元件的實際成像性能必須滿足目標應用需求。最新的CMOS設計和制造技術要能讓全域快門成像可以獲取移動物體而不產生移動假影，同時在減弱照明條件下也保留最終影像完整性所需的高靈敏度和低雜訊。理想情況下，影像獲取將跨越不同波長的廣泛范圍，包括針對長波長光(如850納米或更遠)探測應用提供增強的近紅外靈敏度設計。資料頻寬也是關鍵性能參數，因為終端使用者不僅要為應用最佳化畫面播放速率，而且還得盡量利用已建立的攝影機接口。例如10Gig以太網接口、USB 3.1、CoaXPress現已獲廣泛采用，符合或超過這些介面頻寬的圖像傳感器平臺，提供了攝影機制造商和終端使用者成像系統(tǒng)部署的進一步靈活性。PYTHON元件為這類圖像傳感器設計示范了一個很好例子，該系列最高清晰度的成員具有32個獨立高速低壓差分訊號(LVDS)輸出通道。實現每秒20 gigabits的數據輸送量—高于USB 3.1或10 Gig以太網等接口的有效頻寬。此外視乎需要，可以只靠讀出成像陣列的一部份(感興趣區(qū)域或ROI)來增加該系列元件的實際畫面播放速率。這些傳感器支持多達32個獨立ROI，畫面到畫面可配置，在人或物體的移動橫跨相機全視野時，能簡化監(jiān)視或追蹤的工作。視乎需要，PYTHON 25k能以超過400fps的速率讀取一個1080p清晰度的視窗，這是具備相同1080p清晰度的PYTHON 2000畫面播放速率的兩倍。

PYTHON元件的頻寬要真正明顯提高圖像傳感器系列平臺的設計能力，需要多個產品配置—如PYTHON系列65種不同的可訂購元件—攝影機廠商能據此選擇目標應用的清晰度、色彩配置、功率要求、輸出速度、封裝配置。然后，需要具備多元的支持選項，有助于傳感器評估，而且在進行新設計時還可以作為參考。開始新設計之前，詳細的資料表有元件性能的資訊，評估套件能現場評估圖像傳感器的完整性能。一旦設計開始，這些相同的文檔和工具可作參考，幫助除錯和最佳化，確保新的攝影機設計具備最佳性能。隨著工業(yè)成像應用商機可能激增，使用一個平臺的設計——攝影機設計和制造，還有內含的圖像傳感器——提供應用所需多元成像選項，變得更加重要。透過充份利用具多種配置和清晰度的全系列圖像傳感器，攝影機制造商可以簡化開發(fā)、設計，支持全系列攝影機，供應客戶所需的關鍵成像性能。