高性能工业成像应用驱动图像传感器平台需求

摘要: 图像传感器制造商可以开发一系列整合高性能图像传感器来简化这类摄影机组合的开发,这些图像传感器奠基于一个共同的图像传感器架构

11-02 20:32 首页 MEMS

工业成像(Industrial Imaging)是一个不断成长的市场,涵盖从检测、机器人导引、高端监控、智慧交通系统以及科学研究等应用领域。虽然这些应用的客户都认可他们需要一个“高性能”的成像系统,但是不同应用代表的不同需求意味着,特定成像会根据应用不同而有很大的差别。

有时候,“高性能”可能意味着获取高清画面帧率(frame rate)的高清晰度图像—获取每秒50格、100格或200格画面以上的几百万像素。但有时候不同的性能特征可能更重要,像是小体积摄影机、增强的光敏感度(是否可见或近红外)、色彩保真度、定制化等等。由于应用领域的广度,没有单一成像方案可以有效满足所有需求,摄影机厂商需要提供一系列不同的摄影机,有不同的解析度、画面播放速率、光灵敏度、输出接口等,为这个市场提供更高效的服务。考量到竞争力,必须是具成本效益的开发,支持快速有效的设计与制造,并能使用于多个摄影机模型。

图像传感器制造商可以开发一系列整合高性能图像传感器来简化这类摄影机组合的开发,这些图像传感器奠基于一个共同的图像传感器架构,有一系列的分辨率和配置选项。利用这样一个平台,摄影机制造商可以充份利用单个摄影机设计来支持整个系列的图像传感器。

从安森美半导体(ON Semiconductor)的全域快门CMOS图像传感器PYTHON系列中可找到这类图像传感器平台设计例子。由于该系列的VGA、50万像素和130万像素成员都具有相同接脚定义和电气连接的相同封装,能轻松设计单个摄影机,支持所有三款元件。同样的,一个设计可以同时支持该系列的200万和500万像素系列产品。但实际上,因为可以用支持这两款元件的LCC封装套,两个板的部署可合而为一。这支持了使用单板布局,从VGA到500万像素的元件。


PYTHON全域快门CMOS图像传感器

为μPGA高清晰度传感器增添第二种板设计时,该系列的9种解析度—对应于黑白、彩色和增强的近红外(NIR)配置的36种可扩展摄影机—可以只使用两块印刷电路板。这种设计的共同性大量简化摄影机制造商开发广泛工业成像应用摄影机选项的工作,降低成本,加快新的摄影机设计上市进程。

当然,即使有互相容性,元件的实际成像性能必须满足目标应用需求。最新的CMOS设计和制造技术要能让全域快门成像可以获取移动物体而不产生移动假影,同时在减弱照明条件下也保留最终影像完整性所需的高灵敏度和低杂讯。理想情况下,影像获取将跨越不同波长的广泛范围,包括针对长波长光(如850纳米或更远)探测应用提供增强的近红外灵敏度设计。

资料频宽也是关键性能参数,因为终端使用者不仅要为应用最佳化画面播放速率,而且还得尽量利用已建立的摄影机接口。例如10Gig以太网接口、USB 3.1、CoaXPress现已获广泛采用,符合或超过这些介面频宽的图像传感器平台,提供了摄影机制造商和终端使用者成像系统部署的进一步灵活性。

PYTHON元件为这类图像传感器设计示范了一个很好例子,该系列最高清晰度的成员具有32个独立高速低压差分讯号(LVDS)输出通道。实现每秒20 gigabits的数据输送量—高于USB 3.1或10 Gig以太网等接口的有效频宽。此外视乎需要,可以只靠读出成像阵列的一部份(感兴趣区域或ROI)来增加该系列元件的实际画面播放速率。这些传感器支持多达32个独立ROI,画面到画面可配置,在人或物体的移动横跨相机全视野时,能简化监视或追踪的工作。视乎需要,PYTHON 25k能以超过400fps的速率读取一个1080p清晰度的视窗,这是具备相同1080p清晰度的PYTHON 2000画面播放速率的两倍。


PYTHON元件的频宽

要真正明显提高图像传感器系列平台的设计能力,需要多个产品配置—如PYTHON系列65种不同的可订购元件—摄影机厂商能据此选择目标应用的清晰度、色彩配置、功率要求、输出速度、封装配置。然后,需要具备多元的支持选项,有助于传感器评估,而且在进行新设计时还可以作为参考。开始新设计之前,详细的资料表有元件性能的资讯,评估套件能现场评估图像传感器的完整性能。一旦设计开始,这些相同的文档和工具可作参考,帮助除错和最佳化,确保新的摄影机设计具备最佳性能。

随着工业成像应用商机可能激增,使用一个平台的设计——摄影机设计和制造,还有内含的图像传感器——提供应用所需多元成像选项,变得更加重要。透过充份利用具多种配置和清晰度的全系列图像传感器,摄影机制造商可以简化开发、设计,支持全系列摄影机,供应客户所需的关键成像性能。


延伸阅读:


《CMOS图像传感器产业现状-2017版》

《红外LED和激光器技术、应用和产业趋势》

《非制冷红外成像技术与市场趋势-2017版》



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