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安森美半导体应用于物联网的成像技术和方案

随着万物互联网时代的到来,图像传感可以说是促进物联网应用的重要界面,也是万物的眼。

安森美半导体广泛的成像和像素技术和图像传感器阵容,以公司在成像领域的经验和专业知识,实现超越人们视野的创新愿景,解决机器人指导、运动分析、车牌识别、科学研究、家居安全、智能家电、婴儿监视器、智能照明、可穿戴等物联网细分成像需求,特别是在汽车成像、先进的驾驶辅助系统、条形码扫描、机器视觉、安全、太空等成像领域。本文将列出安森美半导体图像传感器的一些物联网关键应用的例子。

智能家居应用包括家居安全、智能门/门铃、可穿戴、智能家电、智能照明、婴儿监护等终端应用,主要采用720p和1080p图像传感器满足图像传输的要求,具有优异的微光夜视性能和耐高温性能,功耗低,体积小。安森美半导体的产品阵容如图1所示,主要分为像素VGA、720p、1080p全高清四级。

安森美半导体用于智能家庭应用的图像传感器

图1:安森美半导体用于智能家庭应用的图像传感器

在VGA的应用中,安森美半导体主要有ASX340、ASX系统单芯片,如350(SoC)产品功耗低、包装小、性能高,适用于智能照明等应用。p,主要有AR0130、AR0140等产品为智能门铃/门锁、家居安全系统等家居自动化应用提供优异的微光性能和低功耗。1080p主要有产品AR0230、AR0238、AR0239及AR0330等,动态范围高(HDR),适用于智能家居、车库等应用。安森美半导体主要为全高清等级提供高性能HDR产品,如AR1335、AR0430及 AR360度全景摄像机等应用0521等。

AR0521是2017年安森美半导体推出的明星产品,像素达500万,采用最新2.2 um BSI技术,具备HDR以及优异的微光成像性能,在模拟和网络摄像机中引领500万像素(IPC)各种智能家居市场应用。AR0521光学尺寸1/2.光学格式4:3,支持60 fps 线性输出或30 fps T1/T2.量子效率达到83%,长度曝光输出增加近红外(NIR)850 性能nm940nm输出接口达到10%,包括通用4通道MIPI和安森美半导体独有的HiSPi协议,12 x 12 mm mPLCC包装,最大限度地平衡价格和性能。AR目前,0521已广泛应用于模拟,IPC、在全景、体育、安全等市场DV市场的应用也在开发中。为了保证客户产品开发的连续性,安森美半导体将在不久的将来推出AR0521的增强版本,使得850nm处理效率达到40%,940nm也翻倍到20%。

图2展示了AR0521分别于100 lux和微光1 lux从光照条件下的成像可以看出,它在两种光照条件下的噪声控制、细节保留、色彩还原等方面都表现出色。

AR0521分别于100 lux和1 lux光照条件下的成像

图2:AR0521分别于100 lux和1 lux光照条件下的成像

扫描市场通过技术互联,将产品的应用范围从传统的固定活检、工业扫描扩展到流行的快递、微信、支付宝扫描码等。随着扫描需求的增加,从目前的2D到未来的3D扫描对图像传感器提出了新的要求。

全球快门和卷帘快门是图像传感器的两种曝光方式。卷帘快门逐行曝光。当物体移动时,捕获会产生变形和扭曲的图像,而全球快门则用所有像素点同时捕获图像数据而不是逐行曝光,以最大限度地消除移动捕获中物体的伪影。随着市场需求的提高,对全球快门图像传感器的需求将越来越大。全球快门需要像素内部(in-pixel)存储,这给图像传感器的设计带来了许多挑战,如存储单元占据像素面积,会影响像素性能,如光与存储区域的干扰隔离,而整体快门需要更快的读取速度。

为扫描市场,安森美半导体提供高质量的全球快门系列产品,可以捕获快速移动的对象,主要用于扫描代码VGA、经市场验证,产品质量、信用、技术水平得到客户广泛认可,目前市场份额超过40%。为了更全面地帮助客户,安森美半导体还提供了一套完整的方案,包括一套完整的开发工具,供客户评估、开发和验证,并不断创新。

扫描图像传感器有两个关键技术指标:线性满井电荷容量(LFW)全球快门效率(GSE)。安森美半导体AR以0144全球快门传感器为例,该设备提供最佳3.0 um全球快门像素表现,LFW和GSE它比竞争器件好2倍和5倍,使用更小的像素面积达到相同或更高的灵敏度,并大大优化动态范围、芯片尺寸和成本。GSE图像受残余电荷影响越小,捕获的图像越均匀、越真实。

AR0144是100万像素、3.0 um全球快门传感器,光学尺寸1/4,分辨率1280 x 800,最大帧率60 fps,采用2通道MIPI或平行接口,支持黑白和彩色版本,主光角(CRA)支持0度和25度,读取噪声低至3.7e-,在60C暗电流低至105 e-除了条码扫描,它还广泛应用于玩具/游戏、无人机等市场。

AR0144的关键性能、优势及终端应用

图3:AR关键性能、优势及终端应用

AR130万像素为1/3.75 um全球快门高性能传感器并行或HiSPi输出界面,黑白和彩色版,并提供汽车级认证版,适用于对图像要求较高的扫描应用。

AR0135的关键性能、优势及终端应用

图4:AR关键性能、优势及终端应用

PYTHON480是高速曝光VGA全为适应扫描、无人机等市场而设计的全球快门传感器,分辨率800 x 600,最大帧率120 fps,像素大小4.8 um,采用安森美半导体专用像素内相关双采样全球快门技术,读取噪音低、功耗低、灵敏度高、动态范围高、量子效率高、光学格式紧凑,适用于成本和尺寸敏感和电池供电。

PYTHON480的关键性能及优势

图5:PYTHON关键性能和优势480

工业物联网涉及检验系统、车牌识别、监控、科研、智能交通、机器人指导等运动分析等许多应用。工业4.0、自动化、机器人等都需要工业摄像机作为信息采集来源。该领域的成像要求因终端应用而异。更高性能意味着具备更高分辨率、更高帧率、更小光学格式、更高灵敏度、更准确的色彩还原等,但很难有同时具备所有高性能特点的器件,即使有,成本也会相当高。因而需要根据不同的终端应用,有针对性地选择最应考虑的方面来提升性能。

针对这一挑战,安森美半导体提供同时具有优异的影像质量、多种分辨率选项、高带宽能力(高分辨率+帧率)、配置(黑白、彩色、近红外NIR等)选项、简化设计和具性价比的单个摄像机平台PYTHON系列。

PYTHON系列具有以下优势:

1、采用全局快门、像素内双采样和片上固定模式噪声(FPN)校正技术,拥有先进的成像品质;

2、高灵敏度设计:高量子效率,具备黑白、彩色和增强的NIR灵敏度等多种配置;

3、高带宽:多达32个低压差分信号(LVDS)通道,满足现代接口,数据速度超过20 GB/s;

4、窗口读取(ROI):支持多达32个可编程ROI,帧与帧之间可配置,实现二次速度增加;

5、多配置选项:支持CSP、pLCC封装选项,提供低功耗版本以降低成本,并提供带或不带保护膜选项,以及彩色、黑白、增强的NIR版本

6、仅需两块PCB就能制造36种摄像机,覆盖从VGA至2500万像素的9个分辨率。如PYTHON 300、PYTHON 500、PYTHON 1300共用一个封装,PYTHON 2000、PYTHON 5000共用一个封装,而这两种封装又可共用设计为ISP8的复合封装,从而实现5个分辨率共用一块PCB。另外,PYTHON 10K、12K、16K、25K共用一个封装。这样通过单个摄像机实现多个配置的设计,大大节省了开发时间。

PYTHON系列全局快门CMOS传感器关键规格

图6:PYTHON系列全局快门CMOS传感器关键规格

输出接口方面,PYTHON系列支持LVDS、并行和低成本三种版本。

图像传感器是万物之“眼”。安森美半导体是物联网成像应用领域的佼佼者,提供宽广的图像传感器阵容和先进的成像技术,满足物联网多个细分领域的成像需求,尤其在汽车成像、先进驾驶辅助系统、条码扫描、机器视觉、安防及太空等成像领域称冠全球,并利用在成像领域的经验和专长不断创新以配合市场趋势,辅以在上海的影像工程方案中心和在北京、上海、深圳的现场应用工程团队,为客户提供完整的参考设计及功能模块的设计和验证等全方位支持,帮助客户加快开发进程。

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