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安森美半导体的全局快门图像传感器解决机器视觉的成像需求

安森美半导体的全局快门图像传感器解决机器视觉的成像需求
在“工业4.0”和“中国制造2025”的大势下,工业自动化趋势持续增强,机器视觉成为电子行业重要的新兴领域。在持续的自动化需求、社会安全保障需求和市场经济实力的推动下,全球机器视觉和智能交通系统市场迎来发展热潮。在中国,越来越多的大厂进入机器视觉市场。


图像传感器的性能指标及发展趋势


图像传感器是机器视觉系统捕获图像信息的关键元件。衡量图像传感器性能的因素包括分辨率、灵敏度、带宽、噪声、功耗、光学格式、帧率和CRA等。没有哪一种单一的图像传感技术或产品适用于所有应用,因而设计人员需根据应用需求匹配最适合的技术。相对而言,CCD传感器**最佳的图像均匀度、高线性动态范围、高光灵敏度、大光学格式,而CMOS传感器**灵活读取、低功耗、高帧率和高集成能力。从应用市场来讲,Full Frame CCD针对科学、医疗领域,Interline Transfer CCD和全局快门CMOS用于机器视觉和智能交通系统,线性CCD适合用在扫描、食品/饮品等领域,卷帘快门CMOS主要用于安防监控行业。而无论是CCD还是CMOS图像传感器,都朝向更小像素(但同时保留性能)、更大光学格式、改进的输出设计及工艺的趋势发展,以满足市场对更高分辨率、更快输出速度、增强的量子效率(QE)、降低噪声和降低成本的需求。高速图像捕获可**高吞吐量,高质量图像**准确分析,高像素捕获清晰的图像细节。


安森美半导体是唯一能**CMOSCCD图像传感器的供应商


安森美半导体传承40多年的成像专知,结合收购的CYPRESSTRUESENSEAptina三家公司的技术优势,是唯一能**CMOSCCD图像传感器的供应商,2015年在安防、扫描图像传感器市场均有最大的市场份额,在机器视觉市场也是排名第二。公司具备无与伦比的产品技术和全面丰富的产品组合,宽广的技术基础包括CCDCMOS像素设计、背照式、电子倍增、系统级芯片(SoC) 集成、专用色彩滤波阵列(CFA)、高速读取架构、专有协处理器和定制设计能力等等,像素大小从1.1 μm 24 μm,分辨率从VGA至超过5000万像素,光学格式从2.2 mm至超过70 mm,并大力投资和开发未来的领先技术,配合市场发展。本文将着重介绍安森美半导体的全局快门CMOS图像传感器PYTHON系列及Interline Transfer CCD图像传感器。


全局快门CMOS 图像传感器


CMOS图像传感器能**CCD图像传感器不具备的一些功能,内部集成数字处理能力,如可在像素内部将电荷转为电压,从而**比CCD更快的帧率。而且,CMOS架构支持用户根据自己的需要设计小窗口输出,使读出更灵活。此外,CMOS的功耗低,设计简单。虽然CCD图像传感器在成像质量上仍处于领先地位,但随着技术的发展,全局快门CMOSCCD图像传感器的成像质量的差异会越来越小。全局快门CMOS图像传感器的关键应用包括检验、医疗成像、运动分析、安防、显微镜及智能交通等等。


针对工业高端应用的全局快门CMOS传感器:PYTHON


安森美半导体的PYTHON系列具有优越的图像品质、高且灵活的读出速度,**低功耗/帧率版本及可扩展的平台,解决要求严苛的工业成像和智能交通应用需求,如检验系统、车牌识别、监控、科学研究、交通摄像机、机器人导引和运动分析等等。


1. 优越的图像品质


PYTHON采用专利的全局快门结构,可确保捕获移动物体时无运动伪影,像素内相关双采样(CDS)确保低输出噪声,片上固定模式噪声(FPN)校正**增强的图像品质,根据应用的可配置性为指定终端应用优化图像质素,高量子效率**从紫外到近红外极佳的灵敏度,产品有黑白、彩色和近红外三种选择。


2. 低功耗/帧率版本可供选择


为满足某些客户想要降低产品功耗和成本的需求,安森美半导体还**低功耗级 PYTHON 1300PYTHON 5000,通过降低帧率优化约33%的功耗,同时保留PYTHON系列的高光学性能,因而成为高性价比选择,用于可支持低帧率的应用。

3.  高且灵活的读出速度


PYTHON拥有符合并超越现代接口如USB3USB3.110 GigECameralink的带宽,ROI模式用于定制的输出选择,开窗时速度以平方增加。

4. 可扩展


PYTHON系列共计9款不同器件,**从VGA到超过2500万像素的分辨率,采用3种封装尺寸,所有器件有类似的电气和设计要求,所有的产品可共享同一个设计方案。

因此,基于PYTHON支持USB3以上的高带宽,可**更快的帧率而不牺牲图像品质,达2500万像素的分辨率符合市场需要更高分辨率的趋势,九种不同的分辨率选择可根据不同应用需求**定制的终端客户方案,可扩展性缩短设计时间,加快产品上市。


PYTHON的通用平台框图如图3所示,通常用FPGA**传感器的外部控制信号,及作为传感器的输出转换接口,同时做一些简单的图像处理,并用USB3.0GigECamera Link等视频接口输出图像。

InterlineTransfer CCD图像传感器


Interline  Transfer  CCD Full frame CCD**更多的功能性,它采用电子快门,比机械快门更简单稳定,图像一致性好,噪声低,可用于对图像品质要求极为严格的机器视觉、监控、智能交通、医疗和科学等领域。


安森美半导体的InterlineTransfer CCD当前最常用的主要是5.5微米和7.4微米两个系列,分辨率从100万至2900万像素,光学格式从1/235 mm,具有低噪声、低拖影(smear)等先进的成像性能和全局快门架构,**黑白、拜耳色、Sparse色彩滤波阵列配置,全系列器件享有共同的输出引脚、封装和时序定义,只需一个专用的ID引脚来区分,支持一个摄像机设计用于全系列30多款产品,简化设计。其中5.5微米用于主流应用,而7.4微米用于提升的成像性能。


1. 世界最高分辨率的Interline Transfer CCDKAI-47051


KAI-47051图像传感器针对严格要求的成像应用如平板检测和空中侦察,**极佳图像均匀度和全局快门架构,4700万像素可捕获非常清晰的图像细节,16路输出的架构支持帧率达7 fps,并具备黑白、拜耳色彩和Sparse CFA配置。


相对于CMOS的设计,CCD的电源和时钟要求比较严格,需要专门的水平时钟驱动、垂直时钟驱动和电子快门驱动,由于是模拟信号输出,需要外部ADC将模拟信号转换成数字信号输出,再经FPGA处理,由USB3.0GigECamera Link等视频接口输出图像。

2.KAI-29050KAI-08052图像传感器


KAI-29050KAI-080525.5微米的Interline Transfer CCD图像传感器,**极佳图像均匀度和全局快门架构,及黑白、拜耳和Sparse CFA配置,4路输出,用于平板检测和空中侦察。这两款器件的像素分别为2880万和810万,支持帧率分别为4 fps 16 fps。其中KAI-08052 具有增强的近红外灵敏度,对推动科学研究、医疗应用的发展非常重要。


其它CMOS图像传感器


1.全局快门CMOS 传感器AR0135


AR0135作为AR0134的升级产品,像素大小3.75微米,像素高达100万,光学尺寸仅1/3英寸,支持60 fps720p,功耗低,封装紧凑,读取噪声低,适用于条码扫描、工业、玩具/游戏机、汽车等领域。


2. 全局快门CMOS 传感器AR0144


AR0144像素大小仅3微米,为目前业界像素最小的全局快门CMOS传感器,像素分辨率100万,光学尺寸仅1/4英寸,噪声低,高温下极低暗电流,支持60 fps,采用非常紧凑的封装,目标市场包括条码扫描、玩具/游戏机和工业应用。


总结


安森美半导体作为唯一一家同时拥有CCDCMOS技术的供应商,拥有超过2000个技术专利,宽广的产品阵容从卷帘快门到全局快门,从VGA4700万像素,从低速、低功耗到高帧率,配合机器视觉和工业应用发展趋势,满足客户不同的应用需求,并配以经验丰富的中国当地技术团队、强大的销售支援,和专注亚太的图像工程方案中心,协助中国厂商赢得市场。

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