X-Class CMOS圖像傳感器平臺(tái)滿足機(jī)器視覺市場需求，增強(qiáng)工業(yè)攝像機(jī)設(shè)計(jì)靈活性

機(jī)器視覺，好比機(jī)器的眼睛，可實(shí)現(xiàn)捕獲、分析圖像并根據(jù)圖像中的信息作出決策。醫(yī)療成像、軍事偵察領(lǐng)域以及新興的機(jī)器人技術(shù)、人工智能(AI)推動(dòng)著機(jī)器視覺市場高速增長。據(jù)調(diào)研機(jī)構(gòu)Yole Development，自動(dòng)化、智能交通系統(tǒng)(ITS)、條碼掃描和視覺分析等細(xì)分市場在2012-2022年的平均年復(fù)合增長率約9%。在中國制造2025計(jì)劃的刺激和不斷增加的生產(chǎn)力需求的驅(qū)動(dòng)下，中國對自動(dòng)化的投資是世界其它地區(qū)的3倍。同時(shí)，自動(dòng)化在向嵌入式視覺、AI、深度、3D、超光譜、深紫外光等趨勢演進(jìn)。

安森美半導(dǎo)體具備40多年的成像經(jīng)驗(yàn)，以34%的市場份額稱冠全球工業(yè)成像市場，公司的X-Class CMOS圖像傳感器平臺(tái)具備業(yè)界領(lǐng)先的像素尺寸及卓越的光學(xué)性能、更快幀速率、更低功耗、多種速度等級、簡化設(shè)計(jì)等競爭優(yōu)勢，解決機(jī)器視覺市場需要分辨率高、圖像質(zhì)量優(yōu)、能效高且能根據(jù)不同需求匹配速度等級的圖像傳感器的關(guān)鍵市場需求，縮短設(shè)計(jì)時(shí)間，簡化設(shè)計(jì)流程和供應(yīng)鏈。

安森美半導(dǎo)體具備無與倫比的成像產(chǎn)品和成像技術(shù)

安森美半導(dǎo)體是唯一能同時(shí)提供工業(yè)級CCD和CMOS像素設(shè)計(jì)的供應(yīng)商，無論是產(chǎn)品還是技術(shù)在工業(yè)成像領(lǐng)域都可說無與倫比，圖像傳感器陣容廣泛，分辨率從VGA到5000萬像素，像素尺寸從3.2 um到24 um，成像對角線從3.8 mm到70 mm，并具備電子倍增、系統(tǒng)單芯片(SOC)集成、專有的色彩濾波陣列(CFA)配置、高速輸出架構(gòu)、定制設(shè)計(jì)能力等廣博的成像技術(shù)基礎(chǔ)。

X-Class平臺(tái)使單一攝像機(jī)設(shè)計(jì)支持多種分辨率和像素

最初的攝像機(jī)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員使用每一款圖像傳感器都需從零開始設(shè)計(jì)開發(fā)，耗時(shí)費(fèi)力成本高。后來，安森美半導(dǎo)體推出PYTHON系列，僅需2塊PCB就能支持該系列中的所有八種分辨率(從VGA到25 Mp)。

而X-Class圖像傳感器平臺(tái)是PYTHON系列的更進(jìn)一步演進(jìn)，通過在同一圖像傳感器框架內(nèi)支持多種CMOS像素架構(gòu)，實(shí)現(xiàn)攝像機(jī)設(shè)計(jì)的新維度。這讓單一攝像機(jī)設(shè)計(jì)不僅能支持多種產(chǎn)品分辨率，還能支持不同的像素功能，無論是全局快門、卷簾快門、高動(dòng)態(tài)范圍，還是其他不同的功能，例如在給定的光學(xué)尺寸以犧牲分辨率換取更高成像靈敏度的更大像素，以及優(yōu)化設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)低噪聲工作以增加動(dòng)態(tài)范圍等等。通過通用的高帶寬、低功耗接口來支持不同的像素架構(gòu)，攝像機(jī)制造商可充分利用現(xiàn)有的零件庫存并加快新攝像機(jī)設(shè)計(jì)的面市時(shí)間，降低設(shè)計(jì)成本和風(fēng)險(xiǎn)。

圖1：X-Class 平臺(tái)—— 演進(jìn)的設(shè)計(jì)功能

X-Class 平臺(tái)的首兩款器件：XGS 8000和XGS 12000

X-Class系列產(chǎn)品中的首兩款器件是XGS 12000和XGS 8000，基于先進(jìn)的3.2 um全局快門CMOS像素，具備卓越的成像性能、高圖像均勻性和低噪聲等特性，為機(jī)器視覺、智能交通系統(tǒng)和廣播成像等應(yīng)用提供高性能成像功能。

圖2：XGS 12000

XGS 12000以1英寸光學(xué)格式提供1200萬像素(4096 x 3072像素)分辨率，為現(xiàn)代機(jī)器視覺和檢測應(yīng)用提供所需的成像細(xì)節(jié)和性能。該器件提供兩種速度等級：一種是通過提供高達(dá)每秒90幀(fps)的全分辨率速度，充分利用10GigE接口;另一種更低價(jià)格版本則以全分辨率提供27 fps，與USB 3.0計(jì)算機(jī)接口的可用帶寬保持一致。

XGS 8000以1/1.1英寸光學(xué)格式提供4k/UHD(4096 x 2160像素)分辨率，也提供兩種速度等級(130和75 fps)，使這一器件成為廣播應(yīng)用的理想選擇。

表1：多速度等級、接口匹配不同應(yīng)用需求

兩款器件的封裝尺寸均結(jié)合低散熱，是X-Class接口的低電壓、低功耗架構(gòu)所造就的，能夠完全兼容緊湊的29 x 29 mm2攝像機(jī)設(shè)計(jì)。

首兩款像素：3.2 um全局快門

隨著分辨率的上升，若像素尺寸不變，那么圖像傳感器芯片尺寸必然會(huì)越做越大，與其適配的鏡頭價(jià)格昂貴，這會(huì)增加整體成本。因而市場需要減小像素尺寸。而XGS 8000和XGS 12000基于3.2 um全局快門CMOS像素，能在同樣的光學(xué)尺寸下提高分辨率，且先進(jìn)的像素設(shè)計(jì)確保不會(huì)因像素更小而影響圖像品質(zhì)，甚至提供更優(yōu)的性能。

表2：與PYTHON 12k相比，XGS 12000像素尺寸減小但圖像質(zhì)量更優(yōu)

此外，在機(jī)器視覺應(yīng)用中，成像目標(biāo)通常都是處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，若采用卷簾快門，其逐行曝光的方式可能會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)拖影，而XGS 8000和XGS 12000采用全局快門設(shè)計(jì)，所有像素點(diǎn)于同一時(shí)間捕獲影像數(shù)據(jù)，從而確保捕獲移動(dòng)物體而無運(yùn)動(dòng)偽影。

完整的評估套件支持設(shè)計(jì)人員的攝像機(jī)新設(shè)計(jì)

安森美半導(dǎo)體提供評估套件支持完整的器件評估，包括靜態(tài)圖像、視頻捕獲、感興趣區(qū)域讀取及自定義測試功能的配置等，以幫助設(shè)計(jì)人員開發(fā)結(jié)合全新圖像傳感器的攝像機(jī)新設(shè)計(jì)。

總結(jié)

隨著機(jī)器視覺檢測和工業(yè)自動(dòng)化等工業(yè)成像應(yīng)用的需求持續(xù)推進(jìn)，針對這一不斷增長市場的圖像傳感器的設(shè)計(jì)和性能也必須不斷演進(jìn)。安森美半導(dǎo)體是全球領(lǐng)先的成像芯片供應(yīng)商，也是唯一同時(shí)具備工業(yè)級CCD和CMOS技術(shù)的唯一供應(yīng)商，全面的產(chǎn)品線適用于不同應(yīng)用場景，且產(chǎn)品具有高分辨率、高幀率、低噪聲、小尺寸、低功耗等優(yōu)勢。公司最新推出的X-Class CMOS平臺(tái)，使單一攝像機(jī)設(shè)計(jì)支持多種分辨率和像素，增強(qiáng)工業(yè)攝像機(jī)設(shè)計(jì)靈活性，簡化供應(yīng)鏈物流，加快設(shè)計(jì)進(jìn)程，平臺(tái)首兩款器件采用先進(jìn)的3.2 um全局快門CMOS像素，并提供多種速度版本，滿足機(jī)器視覺、ITS和廣播成像等不同應(yīng)用所需的性能和成像功能，在性能、能效、時(shí)間和成本等多方面為攝像機(jī)制造商帶來明顯的競爭優(yōu)勢。