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高性能的嵌入式成像
 

【作者: Michael DeLuca】2017年09月04日 星期一

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在设计嵌入式视觉系统中,仔细匹配影像感测器与应用特定需求至关重要。首先,似??有尽可能最高的解析度和帧率总是最好的,以最大化吞吐量和资料准确性。但在许多情况下,提供超出真正需要的解析度或帧速率只会增加资料管理、记忆体和处理器要求、大量储存、功耗和物料清单成本等方面的额外开销。举个例子,每秒运行20个对象的检测行使用一台每秒能捕获100帧的摄影机可能没有什麽优势。又或者100万画素解析度用在准确测量装配线上瓶子的液位,200万画素的影像只是提供多馀的细节。


简言之,嵌入式视觉应用没有一体通用的摄影机。


针对这个市场的摄影机,需要一系列不同解析度、帧率、性能规格的摄影机以满足广泛应用的需要。可选择的规格越多,如画素密度、帧率、彩色与黑白色等,越可提供最隹组合给特定应用。



图一 :  PYTHON 系列CMOS影像感测器令摄影机制造商利用单一设计就能提供全系列摄影机。
图一 : PYTHON 系列CMOS影像感测器令摄影机制造商利用单一设计就能提供全系列摄影机。

显然,对摄影机供应商来说设计一系列的摄影机,每一个设计都从头开始,这样很低效。尽可能多的标准化和重复使用摄影机平台光学、外壳、连接、电源等会更高效。只改变影像感测器和其他几个关键元件,以实现规格上所需的变化。想要高效实现这点,需要拥有共同特点的单一系列影像感测器,以简化和标准化摄影机设计。


安森美半导体的PYTHON 系列CMOS影像感测器是考虑到这种情况而专门设计的。高性能的影像感测器系列令摄影机制造商利用单一设计就能提供全系列摄影机。该影像感测器系列包括九个单独元件,解析度从VGA到2500万画素,帧率从每秒80帧到800帧。每个元件可采用黑白色、彩色以及扩展的近红外线(NIR)配置,实现共27个不同的摄影机,仅2个 PCB设计。这些元件还支持基於LCC 48-84和μPGA -355引脚封装结构的小型摄影机设计。


PYTHON影像感测器的设计也能提供很高频宽━4、8、16或32条LVDS通道,每条通道以720 MHz运行,提供单通道USB 3.1或10 Gigabit乙太网路连接速度的两倍。由於高速检测还需要停止运动的影像捕获,所有的PYTHON元件都采用高效的全域快门画素设计。结合以上功能,这种高度标准化支持高效开发一系列的摄影机。



图二 :  PYTHON 系列CMOS影像感测器令摄影机制造商利用单一设计就能提供全系列摄影机。
图二 : PYTHON 系列CMOS影像感测器令摄影机制造商利用单一设计就能提供全系列摄影机。

许多摄影机设计人员选择影像感测器时要解决的另一个关键问题,是CCD和CMOS技术的定位。但正如没有「一体通用」的机器视觉感测器,也没有「一种用到底的技术。」


多年来,CCD技术因为提供了高影像品质和均匀度而被视为检测、高端监控、医疗、科学成像等高要求应用的最隹选择。而CMOS影像感测器的高速度、低功耗、成像灵活性依然很有吸引力,整体性能限制导向於大量的消费级应用,像是智能手机和网路摄影头。


由於CMOS影像感测器的影像品质持续提高,开始挑战CCD在高要求应用的地位,直到今天,CMOS影像感测器仍是许多工业应用的首选;因为高成像品质,CCD技术仍是某些应用的首选。所以充分了解目标应用需求更加重要,不仅有助於定义感测器,还有助於决定使用最好的基础技术,CCD或CMOS。


(本文作者Michael DeLuca任职於安森美半导体)


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