新一代工業(yè)成像應(yīng)用驅(qū)動(dòng)圖像傳感器平臺(tái)

工業(yè)成像（Industrial Imaging）是一個(gè)不斷成長(zhǎng)的市場(chǎng)，涵蓋從檢測(cè)、機(jī)器人導(dǎo)引、高端監(jiān)控、智慧交通系統(tǒng)以及科學(xué)研究等應(yīng)用領(lǐng)域。雖然這些應(yīng)用的客戶都認(rèn)可他們需要一個(gè)“高性能”的成像系統(tǒng)，但是不同應(yīng)用代表的不同需求意味著，特定成像會(huì)根據(jù)應(yīng)用不同而有很大的差別。有時(shí)候，“高性能”可能意味著獲取高清畫(huà)面幀率（frame rate）的高清晰度圖像—獲取每秒50格、100格或200格畫(huà)面以上的幾百萬(wàn)像素。但有時(shí)候不同的性能特征可能更重要，像是小體積攝影機(jī)、增強(qiáng)的光敏感度(是否可見(jiàn)或近紅外)、色彩保真度、定制化等等。由于應(yīng)用領(lǐng)域的廣度，沒(méi)有單一成像方案可以有效滿足所有需求，攝影機(jī)廠商需要提供一系列不同的攝影機(jī)，有不同的解析度、畫(huà)面播放速率、光靈敏度、輸出接口等，為這個(gè)市場(chǎng)提供更高效的服務(wù)?？剂康礁?jìng)爭(zhēng)力，必須是具成本效益的開(kāi)發(fā)，支持快速有效的設(shè)計(jì)與制造，并能使用于多個(gè)攝影機(jī)模型。圖像傳感器制造商可以開(kāi)發(fā)一系列整合高性能圖像傳感器來(lái)簡(jiǎn)化這類攝影機(jī)組合的開(kāi)發(fā)，這些圖像傳感器奠基于一個(gè)共同的圖像傳感器架構(gòu)，有一系列的分辨率和配置選項(xiàng)。利用這樣一個(gè)平臺(tái)，攝影機(jī)制造商可以充份利用單個(gè)攝影機(jī)設(shè)計(jì)來(lái)支持整個(gè)系列的圖像傳感器。從安森美半導(dǎo)體（ON Semiconductor）的全域快門(mén)CMOS圖像傳感器PYTHON系列中可找到這類圖像傳感器平臺(tái)設(shè)計(jì)例子。由于該系列的VGA、50萬(wàn)像素和130萬(wàn)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(shè)計(jì)單個(gè)攝影機(jī)，支持所有三款元件。同樣的，一個(gè)設(shè)計(jì)可以同時(shí)支持該系列的200萬(wàn)和500萬(wàn)像素系列產(chǎn)品。但實(shí)際上，因?yàn)榭梢杂弥С诌@兩款元件的LCC封裝套，兩個(gè)板的部署可合而為一。這支持了使用單板布局，從VGA到500萬(wàn)像素的元件。

PYTHON全域快門(mén)CMOS圖像傳感器為μPGA高清晰度傳感器增添第二種板設(shè)計(jì)時(shí)，該系列的9種解析度—對(duì)應(yīng)于黑白、彩色和增強(qiáng)的近紅外(NIR)配置的36種可擴(kuò)展攝影機(jī)—可以只使用兩塊印刷電路板。這種設(shè)計(jì)的共同性大量簡(jiǎn)化攝影機(jī)制造商開(kāi)發(fā)廣泛工業(yè)成像應(yīng)用攝影機(jī)選項(xiàng)的工作，降低成本，加快新的攝影機(jī)設(shè)計(jì)上市進(jìn)程。當(dāng)然，即使有互相容性，元件的實(shí)際成像性能必須滿足目標(biāo)應(yīng)用需求。最新的CMOS設(shè)計(jì)和制造技術(shù)要能讓全域快門(mén)成像可以獲取移動(dòng)物體而不產(chǎn)生移動(dòng)假影，同時(shí)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(zhǎng)的廣泛范圍，包括針對(duì)長(zhǎng)波長(zhǎng)光(如850納米或更遠(yuǎn))探測(cè)應(yīng)用提供增強(qiáng)的近紅外靈敏度設(shè)計(jì)。資料頻寬也是關(guān)鍵性能參數(shù)，因?yàn)榻K端使用者不僅要為應(yīng)用最佳化畫(huà)面播放速率，而且還得盡量利用已建立的攝影機(jī)接口。例如10Gig以太網(wǎng)接口、USB 3.1、CoaXPress現(xiàn)已獲廣泛采用，符合或超過(guò)這些介面頻寬的圖像傳感器平臺(tái)，提供了攝影機(jī)制造商和終端使用者成像系統(tǒng)部署的進(jìn)一步靈活性。PYTHON元件為這類圖像傳感器設(shè)計(jì)示范了一個(gè)很好例子，該系列最高清晰度的成員具有32個(gè)獨(dú)立高速低壓差分訊號(hào)(LVDS)輸出通道。實(shí)現(xiàn)每秒20 gigabits的數(shù)據(jù)輸送量—高于USB 3.1或10 Gig以太網(wǎng)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(lái)增加該系列元件的實(shí)際畫(huà)面播放速率。這些傳感器支持多達(dá)32個(gè)獨(dú)立ROI，畫(huà)面到畫(huà)面可配置，在人或物體的移動(dòng)橫跨相機(jī)全視野時(shí)，能簡(jiǎn)化監(jiān)視或追蹤的工作。視乎需要，PYTHON 25k能以超過(guò)400fps的速率讀取一個(gè)1080p清晰度的視窗，這是具備相同1080p清晰度的PYTHON 2000畫(huà)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(tái)的設(shè)計(jì)能力，需要多個(gè)產(chǎn)品配置—如PYTHON系列65種不同的可訂購(gòu)元件—攝影機(jī)廠商能據(jù)此選擇目標(biāo)應(yīng)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(xiàng)，有助于傳感器評(píng)估，而且在進(jìn)行新設(shè)計(jì)時(shí)還可以作為參考。開(kāi)始新設(shè)計(jì)之前，詳細(xì)的資料表有元件性能的資訊，評(píng)估套件能現(xiàn)場(chǎng)評(píng)估圖像傳感器的完整性能。一旦設(shè)計(jì)開(kāi)始，這些相同的文檔和工具可作參考，幫助除錯(cuò)和最佳化，確保新的攝影機(jī)設(shè)計(jì)具備最佳性能。隨著工業(yè)成像應(yīng)用商機(jī)可能激增，使用一個(gè)平臺(tái)的設(shè)計(jì)——攝影機(jī)設(shè)計(jì)和制造，還有內(nèi)含的圖像傳感器——提供應(yīng)用所需多元成像選項(xiàng)，變得更加重要。透過(guò)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(jī)制造商可以簡(jiǎn)化開(kāi)發(fā)、設(shè)計(jì)，支持全系列攝影機(jī)，供應(yīng)客戶所需的關(guān)鍵成像性能。