【導讀】安森美半導體寬廣的成像和像素技術和圖像傳感器陣容，配以公司在成像領域的經(jīng)驗和專長，實現(xiàn)超越人眼界限的創(chuàng)新視野，解決機器人導引、運動分析、車牌識別、科學研究、家居安防、智能家電、嬰兒監(jiān)視器、智能照明、可穿戴等多個物聯(lián)網(wǎng)細分領域的成像需求，尤其在汽車成像、先進駕駛輔助系統(tǒng)、條碼掃描、機器視覺、安防及太空等成像領域稱冠全球。本文將列舉一些物聯(lián)網(wǎng)關鍵應用采用安森美半導體圖像傳感器的例子。
際此萬物互聯(lián)時代的來臨，圖像傳感可說是促進物聯(lián)網(wǎng)應用的一個重要接口，是萬物之“眼”。
物聯(lián)網(wǎng)圖像傳感器用于智能家庭應用
智能家庭應用包括家居安防、智能門鎖/門鈴、可穿戴、智能家電、智能照明、嬰兒監(jiān)護等多個終端應用，主要采用720p和1080p的圖像傳感器以滿足對圖像傳輸?shù)囊螅瑫r要求具備出色的微光夜視性能和抗高溫性能、低功耗、小體積。安森美半導體針對此類應用的產(chǎn)品陣容如圖1所示，按照像素主要分為VGA、720p、1080p和全高清四個檔次。
圖1：安森美半導體用于智能家庭應用的圖像傳感器
在VGA的應用中，安森美半導體主要有ASX340、ASX350等系統(tǒng)單芯片(SoC)產(chǎn)品，具有低功耗、小封裝、高性能等特點，適用于智能照明等應用。針對720p，主要有AR0130、AR0140等產(chǎn)品，提供出色的微光性能和低功耗，用于智能門鈴/門鎖、家居安防系統(tǒng)等家居自動化應用。1080p的產(chǎn)品主要有AR0230、AR0238、AR0239及AR0330等，具備高動態(tài)范圍(HDR)，適用于智能家居、車庫等應用。針對全高清的檔次，安森美半導體主要提供高性能的HDR產(chǎn)品，如AR1335、AR0430及 AR0521等，用于360度全景攝像機等應用。
AR0521是安森美半導體于2017年重點推出的明星產(chǎn)品，像素達500萬，采用最新的2.2 um BSI技術，具備HDR及出色的微光成像性能，引領500萬像素在模擬、網(wǎng)絡攝像機(IPC)及各種智能家居市場應用。AR0521光學尺寸1/2.5”，光學格式4:3，支持60 fps 線性輸出或30 fps T1/T2長短曝光輸出，量子效率達83%，并提升近紅外(NIR)性能，使得在850 nm處量子效率達20%，在940nm出達到10%，輸出接口包括通用的4通道MIPI和安森美半導體獨有的HiSPi協(xié)議，采用12 x 12 mm mPLCC封裝，最大限度地實現(xiàn)價格與性能的平衡。AR0521目前已大量用于模擬、IPC、安防等市場，在全景、運動DV等市場的應用也在開發(fā)中。為了保證客戶產(chǎn)品開發(fā)的連續(xù)性，安森美半導體在不久的將來還會推出AR0521的增強版本，使得850nm處效率達到40%，940nm則也翻倍達到20%。
圖2展示了AR0521分別于100 lux和微光1 lux光照條件下的成像，可以看出其在兩種光照條件下的噪聲控制、細節(jié)保留、色彩還原等方面的表現(xiàn)都相當出色。
圖2：AR0521分別于100 lux和1 lux光照條件下的成像
物聯(lián)網(wǎng)圖像傳感器用于掃描應用
掃描市場通過技術互聯(lián)使得產(chǎn)品的應用范圍從傳統(tǒng)的固定活檢、工業(yè)掃描擴展至如今流行的快遞、微信、支付寶掃碼等等。隨著掃描需求的不斷增加，以及從目前的2D到未來的3D掃描，都對圖像傳感器提出了新的要求。
全局快門和卷簾快門是圖像傳感器的兩種曝光方式。卷簾快門采用逐行曝光的方式，當物體移動時抓拍會產(chǎn)生變形和扭曲的圖像，而全局快門用所有像素點于同一時間捕獲影像數(shù)據(jù)的方式取代逐行曝光，最大限度地消除在移動抓拍中物體的偽影。隨著市場要求的提高，對全局快門圖像傳感器的需求會越來越多。全局快門要求像素內(nèi)(in-pixel)存儲，這為圖像傳感器的設計帶來很多挑戰(zhàn)，如存儲單元占用像素面積，會影響像素表現(xiàn)，又如光與存儲區(qū)的干擾隔離，同時，全局快門需要更快的讀取速度。
針對掃描市場，安森美半導體提供優(yōu)質(zhì)的全局快門系列產(chǎn)品，可捕獲快速移動的的對象，主要應用于掃碼的VGA、100萬像素及更高像素輸出，產(chǎn)品經(jīng)市場驗證，質(zhì)量、信用及技術水平都得到客戶的廣泛認可，目前占據(jù)超過40%的市場份額。為了更全面地協(xié)助客戶，安森美半導體還提供完整的方案，包括整套的開發(fā)工具，以便客戶評估、開發(fā)、驗證，并持續(xù)創(chuàng)新。
對于用于掃描應用的圖像傳感器有兩個關鍵的技術指標：線性滿井電荷容量(LFW)和全局快門效率(GSE)。以安森美半導體的AR0144全局快門傳感器為例，該器件提供最佳的3.0 um全局快門像素表現(xiàn)，LFW和GSE比競爭器件分別好2倍和5倍，從而可實現(xiàn)用更小的像素面積達到同樣甚或更高的靈敏度，同時對動態(tài)范圍、芯片大小、成本等方面都有極大的優(yōu)化。而GSE越高，表明圖像受殘存電荷的影響越小，捕獲的圖像越均勻、真實。
AR0144是100萬像素、3.0 um全局快門傳感器，光學尺寸1/4”，分辨率1280 x 800，最大幀率60 fps，采用2通道MIPI或并行接口，支持黑白和彩色版本，主光線角度(CRA)支持0度及25度，讀取噪聲低至3.7e-，在60C結溫的暗電流低至105 e-/秒，并具備低功耗和小封裝尺寸，除了用于條碼掃描，在玩具/游戲、無人機等市場也有廣泛的應用。
圖3：AR0144的關鍵性能、優(yōu)勢及終端應用
AR0135是1/3”英寸、130萬像素、3.75 um全局快門高性能傳感器，采用并行或HiSPi輸出接口，具有黑白和彩色版本，并提供通過汽車級認證的版本，適用于對圖像要求較高的掃描應用。
圖4：AR0135的關鍵性能、優(yōu)勢及終端應用
PYTHON480是高速曝光的VGA全局快門傳感器，專為適應掃描、無人機等市場而設計，分辨率800 x 600，最大幀率120 fps，像素大小4.8 um，采用安森美半導體專有的像素內(nèi)相關雙采樣全局快門技術，具備低讀取噪聲、低功耗、高靈敏度、高動態(tài)范圍、高量子效率和緊湊的光學格式，適用于成本和尺寸敏感及電池供電的應用。
圖5：PYTHON480的關鍵性能及優(yōu)勢
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)之圖像傳感器
工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)涉及檢驗系統(tǒng)、車牌識別、監(jiān)控、科學研究、智能交通、機器人導引、運動分析等許多應用。工業(yè)4.0、自動化、機器人等都需要工業(yè)攝像機作為信息采集來源。該領域的成像要求因終端應用而異。更高性能意味著具備更高分辨率、更高幀率、更小光學格式、更高靈敏度、更準確的色彩還原等，但很難有同時具備所有高性能特點的器件，即使有，成本也會相當高。因而需要根據(jù)不同的終端應用，有針對性地選擇最應考慮的方面來提升性能。
針對這一挑戰(zhàn)，安森美半導體提供同時具有優(yōu)異的影像質(zhì)量、多種分辨率選項、高帶寬能力(高分辨率+幀率)、配置(黑白、彩色、近紅外NIR等)選項、簡化設計和具性價比的單個攝像機平臺PYTHON系列。
PYTHON系列具有以下優(yōu)勢：
1、采用全局快門、像素內(nèi)雙采樣和片上固定模式噪聲(FPN)校正技術，擁有先進的成像品質(zhì)；
2、高靈敏度設計：高量子效率，具備黑白、彩色和增強的NIR靈敏度等多種配置；
3、高帶寬：多達32個低壓差分信號(LVDS)通道，滿足現(xiàn)代接口，數(shù)據(jù)速度超過20 GB/s；
4、窗口讀取(ROI)：支持多達32個可編程ROI，幀與幀之間可配置，實現(xiàn)二次速度增加；
5、多配置選項：支持CSP、pLCC封裝選項，提供低功耗版本以降低成本，并提供帶或不帶保護膜選項，以及彩色、黑白、增強的NIR版本
6、僅需兩塊PCB就能制造36種攝像機，覆蓋從VGA至2500萬像素的9個分辨率。如PYTHON 300、PYTHON 500、PYTHON 1300共用一個封裝，PYTHON 2000、PYTHON 5000共用一個封裝，而這兩種封裝又可共用設計為ISP8的復合封裝，從而實現(xiàn)5個分辨率共用一塊PCB。另外，PYTHON 10K、12K、16K、25K共用一個封裝。這樣通過單個攝像機實現(xiàn)多個配置的設計，大大節(jié)省了開發(fā)時間。
圖6：PYTHON系列全局快門CMOS傳感器關鍵規(guī)格
輸出接口方面，PYTHON系列支持LVDS、并行和低成本三種版本。
總結
圖像傳感器是萬物之“眼”。安森美半導體是物聯(lián)網(wǎng)成像應用領域的佼佼者，提供寬廣的圖像傳感器陣容和先進的成像技術，滿足物聯(lián)網(wǎng)多個細分領域的成像需求，尤其在汽車成像、先進駕駛輔助系統(tǒng)、條碼掃描、機器視覺、安防及太空等成像領域稱冠全球，并利用在成像領域的經(jīng)驗和專長不斷創(chuàng)新以配合市場趨勢，輔以在上海的影像工程方案中心和在北京、上海、深圳的現(xiàn)場應用工程團隊，為客戶提供完整的參考設計及功能模塊的設計和驗證等全方位支持，幫助客戶加快開發(fā)進程。
