【導讀】安森美半導體寬廣的成像和像素技術和圖像傳感器陣容，配以公司在成像領域的經驗和專長，實現超越人眼界限的創新視野，解決機器人導引、運動分析、車牌識別、科學研究、家居安防、智能家電、嬰兒監視器、智能照明、可穿戴等多個物聯網細分領域的成像需求，尤其在汽車成像、先進駕駛輔助系統、條碼掃描、機器視覺、安防及太空等成像領域稱冠全球。本文將列舉一些物聯網關鍵應用采用安森美半導體圖像傳感器的例子。
際此萬物互聯時代的來臨，圖像傳感可說是促進物聯網應用的一個重要接口，是萬物之“眼”。
物聯網圖像傳感器用于智能家庭應用
智能家庭應用包括家居安防、智能門鎖/門鈴、可穿戴、智能家電、智能照明、嬰兒監護等多個終端應用，主要采用720p和1080p的圖像傳感器以滿足對圖像傳輸的要求，同時要求具備出色的微光夜視性能和抗高溫性能、低功耗、小體積。安森美半導體針對此類應用的產品陣容如圖1所示，按照像素主要分為VGA、720p、1080p和全高清四個檔次。
圖1：安森美半導體用于智能家庭應用的圖像傳感器
在VGA的應用中，安森美半導體主要有ASX340、ASX350等系統單芯片(SoC)產品，具有低功耗、小封裝、高性能等特點，適用于智能照明等應用。針對720p，主要有AR0130、AR0140等產品，提供出色的微光性能和低功耗，用于智能門鈴/門鎖、家居安防系統等家居自動化應用。1080p的產品主要有AR0230、AR0238、AR0239及AR0330等，具備高動態范圍(HDR)，適用于智能家居、車庫等應用。針對全高清的檔次，安森美半導體主要提供高性能的HDR產品，如AR1335、AR0430及 AR0521等，用于360度全景攝像機等應用。
AR0521是安森美半導體于2017年重點推出的明星產品，像素達500萬，采用最新的2.2 um BSI技術，具備HDR及出色的微光成像性能，引領500萬像素在模擬、網絡攝像機(IPC)及各種智能家居市場應用。AR0521光學尺寸1/2.5”，光學格式4:3，支持60 fps 線性輸出或30 fps T1/T2長短曝光輸出，量子效率達83%，并提升近紅外(NIR)性能，使得在850 nm處量子效率達20%，在940nm出達到10%，輸出接口包括通用的4通道MIPI和安森美半導體獨有的HiSPi協議，采用12 x 12 mm mPLCC封裝，最大限度地實現價格與性能的平衡。AR0521目前已大量用于模擬、IPC、安防等市場，在全景、運動DV等市場的應用也在開發中。為了保證客戶產品開發的連續性，安森美半導體在不久的將來還會推出AR0521的增強版本，使得850nm處效率達到40%，940nm則也翻倍達到20%。
圖2展示了AR0521分別于100 lux和微光1 lux光照條件下的成像，可以看出其在兩種光照條件下的噪聲控制、細節保留、色彩還原等方面的表現都相當出色。
圖2：AR0521分別于100 lux和1 lux光照條件下的成像
物聯網圖像傳感器用于掃描應用
掃描市場通過技術互聯使得產品的應用范圍從傳統的固定活檢、工業掃描擴展至如今流行的快遞、微信、支付寶掃碼等等。隨著掃描需求的不斷增加，以及從目前的2D到未來的3D掃描，都對圖像傳感器提出了新的要求。
全局快門和卷簾快門是圖像傳感器的兩種曝光方式。卷簾快門采用逐行曝光的方式，當物體移動時抓拍會產生變形和扭曲的圖像，而全局快門用所有像素點于同一時間捕獲影像數據的方式取代逐行曝光，最大限度地消除在移動抓拍中物體的偽影。隨著市場要求的提高，對全局快門圖像傳感器的需求會越來越多。全局快門要求像素內(in-pixel)存儲，這為圖像傳感器的設計帶來很多挑戰，如存儲單元占用像素面積，會影響像素表現，又如光與存儲區的干擾隔離，同時，全局快門需要更快的讀取速度。
針對掃描市場，安森美半導體提供優質的全局快門系列產品，可捕獲快速移動的的對象，主要應用于掃碼的VGA、100萬像素及更高像素輸出，產品經市場驗證，質量、信用及技術水平都得到客戶的廣泛認可，目前占據超過40%的市場份額。為了更全面地協助客戶，安森美半導體還提供完整的方案，包括整套的開發工具，以便客戶評估、開發、驗證，并持續創新。
對于用于掃描應用的圖像傳感器有兩個關鍵的技術指標：線性滿井電荷容量(LFW)和全局快門效率(GSE)。以安森美半導體的AR0144全局快門傳感器為例，該器件提供最佳的3.0 um全局快門像素表現，LFW和GSE比競爭器件分別好2倍和5倍，從而可實現用更小的像素面積達到同樣甚或更高的靈敏度，同時對動態范圍、芯片大小、成本等方面都有極大的優化。而GSE越高，表明圖像受殘存電荷的影響越小，捕獲的圖像越均勻、真實。
AR0144是100萬像素、3.0 um全局快門傳感器，光學尺寸1/4”，分辨率1280 x 800，最大幀率60 fps，采用2通道MIPI或并行接口，支持黑白和彩色版本，主光線角度(CRA)支持0度及25度，讀取噪聲低至3.7e-，在60C結溫的暗電流低至105 e-/秒，并具備低功耗和小封裝尺寸，除了用于條碼掃描，在玩具/游戲、無人機等市場也有廣泛的應用。
圖3：AR0144的關鍵性能、優勢及終端應用
AR0135是1/3”英寸、130萬像素、3.75 um全局快門高性能傳感器，采用并行或HiSPi輸出接口，具有黑白和彩色版本，并提供通過汽車級認證的版本，適用于對圖像要求較高的掃描應用。
圖4：AR0135的關鍵性能、優勢及終端應用
PYTHON480是高速曝光的VGA全局快門傳感器，專為適應掃描、無人機等市場而設計，分辨率800 x 600，最大幀率120 fps，像素大小4.8 um，采用安森美半導體專有的像素內相關雙采樣全局快門技術，具備低讀取噪聲、低功耗、高靈敏度、高動態范圍、高量子效率和緊湊的光學格式，適用于成本和尺寸敏感及電池供電的應用。
圖5：PYTHON480的關鍵性能及優勢
工業物聯網之圖像傳感器
工業物聯網涉及檢驗系統、車牌識別、監控、科學研究、智能交通、機器人導引、運動分析等許多應用。工業4.0、自動化、機器人等都需要工業攝像機作為信息采集來源。該領域的成像要求因終端應用而異。更高性能意味著具備更高分辨率、更高幀率、更小光學格式、更高靈敏度、更準確的色彩還原等，但很難有同時具備所有高性能特點的器件，即使有，成本也會相當高。因而需要根據不同的終端應用，有針對性地選擇最應考慮的方面來提升性能。
針對這一挑戰，安森美半導體提供同時具有優異的影像質量、多種分辨率選項、高帶寬能力(高分辨率+幀率)、配置(黑白、彩色、近紅外NIR等)選項、簡化設計和具性價比的單個攝像機平臺PYTHON系列。
PYTHON系列具有以下優勢：
1、采用全局快門、像素內雙采樣和片上固定模式噪聲(FPN)校正技術，擁有先進的成像品質；
2、高靈敏度設計：高量子效率，具備黑白、彩色和增強的NIR靈敏度等多種配置；
3、高帶寬：多達32個低壓差分信號(LVDS)通道，滿足現代接口，數據速度超過20 GB/s；
4、窗口讀取(ROI)：支持多達32個可編程ROI，幀與幀之間可配置，實現二次速度增加；
5、多配置選項：支持CSP、pLCC封裝選項，提供低功耗版本以降低成本，并提供帶或不帶保護膜選項，以及彩色、黑白、增強的NIR版本
6、僅需兩塊PCB就能制造36種攝像機，覆蓋從VGA至2500萬像素的9個分辨率。如PYTHON 300、PYTHON 500、PYTHON 1300共用一個封裝，PYTHON 2000、PYTHON 5000共用一個封裝，而這兩種封裝又可共用設計為ISP8的復合封裝，從而實現5個分辨率共用一塊PCB。另外，PYTHON 10K、12K、16K、25K共用一個封裝。這樣通過單個攝像機實現多個配置的設計，大大節省了開發時間。
圖6：PYTHON系列全局快門CMOS傳感器關鍵規格
輸出接口方面，PYTHON系列支持LVDS、并行和低成本三種版本。
總結
圖像傳感器是萬物之“眼”。安森美半導體是物聯網成像應用領域的佼佼者，提供寬廣的圖像傳感器陣容和先進的成像技術，滿足物聯網多個細分領域的成像需求，尤其在汽車成像、先進駕駛輔助系統、條碼掃描、機器視覺、安防及太空等成像領域稱冠全球，并利用在成像領域的經驗和專長不斷創新以配合市場趨勢，輔以在上海的影像工程方案中心和在北京、上海、深圳的現場應用工程團隊，為客戶提供完整的參考設計及功能模塊的設計和驗證等全方位支持，幫助客戶加快開發進程。
