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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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在設計嵌入式視覺系統中,仔細匹配影像感測器與應用特定需求至關重要。首先,似乎有盡可能最高的解析度和幀率總是最好的,以最大化吞吐量和資料準確性。但在許多情況下,提供超出真正需要的解析度或幀速率只會增加資料管理、記憶體和處理器要求、大量儲存、功耗和物料清單成本等方面的額外開銷。舉個例子,每秒運行20個對象的檢測行使用一台每秒能捕獲100幀的攝影機可能沒有什麼優勢。又或者100萬畫素解析度用在準確測量裝配線上瓶子的液位,200萬畫素的影像只是提供多餘的細節。


簡言之,嵌入式視覺應用沒有一體通用的攝影機。


針對這個市場的攝影機,需要一系列不同解析度、幀率、性能規格的攝影機以滿足廣泛應用的需要。可選擇的規格越多,如畫素密度、幀率、彩色與黑白色等,越可提供最佳組合給特定應用。



圖一 :  PYTHON 系列CMOS影像感測器令攝影機製造商利用單一設計就能提供全系列攝影機。
圖一 : PYTHON 系列CMOS影像感測器令攝影機製造商利用單一設計就能提供全系列攝影機。

顯然,對攝影機供應商來說設計一系列的攝影機,每一個設計都從頭開始,這樣很低效。盡可能多的標準化和重複使用攝影機平台—光學、外殼、連接、電源等—會更高效。只改變影像感測器和其他幾個關鍵元件,以實現規格上所需的變化。想要高效實現這點,需要擁有共同特點的單一系列影像感測器,以簡化和標準化攝影機設計。


安森美半導體的PYTHON 系列CMOS影像感測器是考慮到這種情況而專門設計的。高性能的影像感測器系列令攝影機製造商利用單一設計就能提供全系列攝影機。該影像感測器系列包括九個單獨元件,解析度從VGA到2500萬畫素,幀率從每秒80幀到800幀。每個元件可採用黑白色、彩色以及擴展的近紅外線(NIR)配置,實現共27個不同的攝影機,僅2個 PCB設計。這些元件還支持基於LCC 48-84和μPGA -355引腳封裝結構的小型攝影機設計。


PYTHON影像感測器的設計也能提供很高頻寬─4、8、16或32條LVDS通道,每條通道以720 MHz運行,提供單通道USB 3.1或10 Gigabit乙太網路連接速度的兩倍。由於高速檢測還需要停止運動的影像捕獲,所有的PYTHON元件都採用高效的全域快門畫素設計。結合以上功能,這種高度標準化支持高效開發一系列的攝影機。



圖二 :  PYTHON 系列CMOS影像感測器令攝影機製造商利用單一設計就能提供全系列攝影機。
圖二 : PYTHON 系列CMOS影像感測器令攝影機製造商利用單一設計就能提供全系列攝影機。

許多攝影機設計人員選擇影像感測器時要解決的另一個關鍵問題,是CCD和CMOS技術的定位。但正如沒有「一體通用」的機器視覺感測器,也沒有「一種用到底的技術。」


多年來,CCD技術因為提供了高影像品質和均勻度而被視為檢測、高端監控、醫療、科學成像等高要求應用的最佳選擇。而CMOS影像感測器的高速度、低功耗、成像靈活性依然很有吸引力,整體性能限制導向於大量的消費級應用,像是智能手機和網路攝影頭。


由於CMOS影像感測器的影像品質持續提高,開始挑戰CCD在高要求應用的地位,直到今天,CMOS影像感測器仍是許多工業應用的首選;因為高成像品質,CCD技術仍是某些應用的首選。所以充分瞭解目標應用需求更加重要,不僅有助於定義感測器,還有助於決定使用最好的基礎技術,CCD或CMOS。


(本文作者Michael DeLuca任職於安森美半導體)


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