【導(dǎo)讀】要成功設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)需要圖像傳感器的設(shè)備，了解選擇標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜性和細(xì)微差別至關(guān)重要。設(shè)計(jì)人員需要從眾多參數(shù)中進(jìn)行選擇，例如分辨率、像素大小、像素類(lèi)型、幀率、快門(mén)類(lèi)型、光學(xué)格式、功能特性等。選擇標(biāo)準(zhǔn)分為三大類(lèi)：成像性能、產(chǎn)品/系統(tǒng)參數(shù)、工具和其他標(biāo)準(zhǔn)，第一篇文章介紹了成像性能，本文將繼續(xù)介紹產(chǎn)品/系統(tǒng)參數(shù)、工具和其他標(biāo)準(zhǔn)。
要成功設(shè)計(jì)和開(kāi)發(fā)需要圖像傳感器的設(shè)備，了解選擇標(biāo)準(zhǔn)的復(fù)雜性和細(xì)微差別至關(guān)重要。設(shè)計(jì)人員需要從眾多參數(shù)中進(jìn)行選擇，例如分辨率、像素大小、像素類(lèi)型、幀率、快門(mén)類(lèi)型、光學(xué)格式、功能特性等。選擇標(biāo)準(zhǔn)分為三大類(lèi)：成像性能、產(chǎn)品/系統(tǒng)參數(shù)、工具和其他標(biāo)準(zhǔn)，第一篇文章介紹了成像性能，本文將繼續(xù)介紹產(chǎn)品/系統(tǒng)參數(shù)、工具和其他標(biāo)準(zhǔn)。
產(chǎn)品/系統(tǒng)參數(shù)
決策過(guò)程中的另一個(gè)重要因素是傳感器本身的功能。這些功能不一定與成像功能有關(guān)，而是更多地體現(xiàn)在系統(tǒng)層面，可增強(qiáng)整體功能并有利于應(yīng)用。
運(yùn)動(dòng)檢測(cè)
圖像傳感器不斷檢測(cè)光線(xiàn)及其變化，因此能夠在基礎(chǔ)層面上檢測(cè)運(yùn)動(dòng)，這對(duì)許多應(yīng)用非常有用。通常這一功能由處理器完成，但在傳感器上也能高效實(shí)現(xiàn)。雖然運(yùn)動(dòng)檢測(cè)不能識(shí)別或分類(lèi)物體，但只需檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的存在即可在特定場(chǎng)景中發(fā)揮作用。通過(guò)傳感器采用合適的架構(gòu)，在檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)之前可以保持低功耗模式，從而節(jié)省功耗并優(yōu)化電池壽命。此外，它還能提供更可靠的檢測(cè)并減少誤報(bào)。
舉例來(lái)說(shuō)，門(mén)鈴攝像頭可以檢測(cè)運(yùn)動(dòng)，在有人敲門(mén)時(shí)開(kāi)始錄像，并可通過(guò)手機(jī)應(yīng)用程序或鈴聲提醒房主。另一種情況是汽車(chē)（例如特斯拉）內(nèi)置運(yùn)動(dòng)傳感器，可以檢測(cè)附近的物體，并在發(fā)生非法闖入時(shí)自動(dòng)錄制畫(huà)面。這些只是傳感器內(nèi)置功能如何優(yōu)化系統(tǒng)性能的一些簡(jiǎn)單示例。
圖 1. 無(wú)運(yùn)動(dòng)情況下的超低功耗電池驅(qū)動(dòng)攝像頭
圖1展示了安森美（onsemi）的微型Hyperlux LP 4K圖像傳感器AR0830。該傳感器內(nèi)置了運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和超低功耗（ULP）模式。圖1中屏幕上的方框標(biāo)記表示，傳感器可以編程為僅檢測(cè)用戶(hù)和/或系統(tǒng)指定的運(yùn)動(dòng)，并可以屏蔽掉與不需要監(jiān)控區(qū)域相對(duì)應(yīng)的方框。這一內(nèi)置功能無(wú)需單獨(dú)的處理器來(lái)執(zhí)行運(yùn)動(dòng)檢測(cè)。
圖 2. 檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)情況下的超低功耗電池驅(qū)動(dòng)攝像頭
在低功耗模式下，安森美的圖像傳感器使用VGA分辨率（這是一個(gè)示例，但具有高度可配置性）和每秒1幀的幀率，這足以在不消耗太多功耗的情況下捕捉感興趣區(qū)域的運(yùn)動(dòng)。一旦傳感器檢測(cè)到預(yù)定義感興趣區(qū)域內(nèi)的任何運(yùn)動(dòng)，它會(huì)自動(dòng)切換到圖2所示的全4K分辨率，并以每秒30幀的幀率進(jìn)行錄制。這一功能降低了系統(tǒng)功耗，并可將電池壽命延長(zhǎng)多達(dá)50倍。
另一個(gè)重要的系統(tǒng)參數(shù)是傳感器的功耗設(shè)計(jì)，它可以根據(jù)分辨率和幀率等因素提高或降低傳感器的整體性能。例如，手機(jī)攝像頭中的圖像傳感器通常處于關(guān)閉狀態(tài)，攝像頭本身處于待機(jī)模式，直到需要拍攝照片或視頻時(shí)才會(huì)啟動(dòng)。在這種情況下，低功耗模式的需求并不那么迫切。
相比之下，監(jiān)控?cái)z像頭會(huì)一直處于開(kāi)啟狀態(tài)，因此在未偵測(cè)到運(yùn)動(dòng)時(shí)應(yīng)采用低功耗模式。在不需要時(shí)關(guān)閉傳感器的某些元件和功能，僅在檢測(cè)到信號(hào)時(shí)再將其開(kāi)啟，可以有效降低功耗。
試想一下，視頻會(huì)議的畫(huà)面中會(huì)出現(xiàn)多個(gè)人。除了對(duì)會(huì)議中的每個(gè)人進(jìn)行固定對(duì)焦外，攝像頭還可以配備智能興趣區(qū)域功能，識(shí)別主要發(fā)言人并自動(dòng)對(duì)焦。如果在 SoC（Sytem-on-Chip，系統(tǒng)芯片）處理器上實(shí)現(xiàn)這一功能，可能需要大量的處理能力、內(nèi)存和時(shí)間。而傳感器可以輕松集成這一功能，并輸出由SoC定義的圖像。
圖 3. 集成靈活、實(shí)時(shí)智能興趣區(qū)域的傳感器
安森美的 Hyperlux LP 圖像傳感器系列中， AR2020 提供了這一功能。如圖 3 所示，這款 2000 萬(wàn)像素的傳感器能夠識(shí)別并聚焦于正在說(shuō)話(huà)的人。它配備了縮放和裁剪功能，可以實(shí)時(shí)縮放和裁剪畫(huà)面，生成 VGA 分辨率的圖像。這些功能還支持用戶(hù)自定義，可以根據(jù)具體應(yīng)用的需求進(jìn)行定制。總體而言，這一功能不僅提升了處理速度，還將處理功耗降低了多達(dá) 15 倍。
這一功能的優(yōu)勢(shì)在于，SoC 無(wú)需實(shí)時(shí)處理 2000 萬(wàn)像素的數(shù)據(jù)并占用大量?jī)?nèi)存，從而節(jié)省了處理時(shí)間和功耗。如果將這一功能集成到傳感器中，可以顯著提升系統(tǒng)性能，而且無(wú)需外部處理器。
圖像傳感器廠(chǎng)商必須了解具體應(yīng)用、客戶(hù)的需求和痛點(diǎn)，才能設(shè)計(jì)出具有適當(dāng)功能的傳感器。因此安森美最近推出了四個(gè)具有不同功能的新圖像傳感器系列，以滿(mǎn)足各種成像應(yīng)用的需要。
Hyperlux LP：該系列傳感器功能豐富，具有低功耗模式，是門(mén)鈴攝像頭、家庭安防、電池供電攝像頭、機(jī)器人、視頻會(huì)議等用途的理想之選。
Hyperlux LH：這些傳感器具有 120 dB的超高動(dòng)態(tài)范圍和卓越的弱光性能，適用于室內(nèi)/室外安防攝像頭、機(jī)器人和光照條件苛刻的應(yīng)用。
Hyperlux：這些傳感器具有最高 150 dB 的動(dòng)態(tài)范圍和 LED 閃爍抑制技術(shù)，非常適合專(zhuān)業(yè)安防、汽車(chē)及其他應(yīng)用場(chǎng)景。
Hyperlux SG：這些基于全局快門(mén)的傳感器具有卓越的快門(mén)效率、板載自動(dòng)曝光和可編程興趣區(qū)域（ROI） ，適用于掃描、生物識(shí)別和類(lèi)似用途。
沒(méi)有任何一款傳感器能夠完美適用于所有應(yīng)用場(chǎng)景，因此安森美開(kāi)發(fā)了一系列具備不同功能的傳感器，以滿(mǎn)足多樣化的需求。這四個(gè)系列的圖像傳感器共包含 11 款產(chǎn)品，每款都具有獨(dú)特的功能和特性，能夠滿(mǎn)足廣泛的應(yīng)用需求。
無(wú)論是用于人類(lèi)視覺(jué)還是機(jī)器視覺(jué)與機(jī)器學(xué)習(xí)，無(wú)論是工業(yè)還是商業(yè)領(lǐng)域，安森美的全新系列圖像傳感器都能為各種應(yīng)用場(chǎng)景提供最佳解決方案。
在許多依賴(lài)傳感器檢測(cè)和對(duì)外部刺激做出反應(yīng)的成像應(yīng)用中，功能安全至關(guān)重要。在汽車(chē)、工業(yè)自動(dòng)化和醫(yī)療設(shè)備等關(guān)系到生命和健康的應(yīng)用中，這一特性尤為重要。在傳感器設(shè)計(jì)中加入冗余和故障檢測(cè)功能有助于提高系統(tǒng)可靠性，降低故障風(fēng)險(xiǎn)。
功能安全系統(tǒng)必須遵守嚴(yán)格的標(biāo)準(zhǔn)，如用于汽車(chē)應(yīng)用的 ISO 26262 或用于機(jī)器人和工業(yè)應(yīng)用的 IEC 61508。這些標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了開(kāi)發(fā)安全系統(tǒng)的要求和準(zhǔn)則，并確保系統(tǒng)在設(shè)計(jì)、生產(chǎn)、運(yùn)行、維護(hù)和停運(yùn)過(guò)程中的可靠性。
圖像傳感器在許多應(yīng)用中至關(guān)重要，因此其可靠性極為重要。傳感器的使用壽命必須與其所安裝的設(shè)備或產(chǎn)品一樣長(zhǎng)甚至更長(zhǎng)。設(shè)備的工作周期也會(huì)影響傳感器的可靠性和性能。
例如，手機(jī)攝像頭每天可能只使用幾分鐘，而安防攝像頭可以全天候運(yùn)行。傳感器的工作條件及其暴露于外部環(huán)境因素（如溫度、濕度、灰塵和振動(dòng)）的程度也會(huì)影響其可靠性。
有遠(yuǎn)見(jiàn)的傳感器廠(chǎng)商應(yīng)與其他生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴（如處理器供應(yīng)商）緊密合作，以?xún)?yōu)化傳感器的性能和與不同系統(tǒng)的兼容性。這些合作對(duì)于開(kāi)發(fā)滿(mǎn)足客戶(hù)需求并為其應(yīng)用帶來(lái)價(jià)值的完整解決方案至關(guān)重要。傳感器可能具有最佳功能，但如果與處理器（通常是 SoC / FPGA）不兼容，則可能無(wú)法達(dá)到預(yù)期效果或滿(mǎn)足應(yīng)用要求。
傳感器廠(chǎng)商與 SoC / FPGA 廠(chǎng)商之間的早期協(xié)調(diào)可以有效應(yīng)對(duì)圖像傳感器開(kāi)發(fā)中更具挑戰(zhàn)性的驅(qū)動(dòng)程序和調(diào)校問(wèn)題。
光學(xué)器件是影響圖像傳感器性能的另一個(gè)關(guān)鍵因素。與鏡頭制造商合作有助于優(yōu)化傳感器的性能，確保其滿(mǎn)足特定的應(yīng)用要求。有了合適的生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴，傳感器廠(chǎng)商就能為客戶(hù)提供完整的解決方案，最大限度地提高傳感器的性能和效率。
在設(shè)計(jì)產(chǎn)品時(shí)，需要考慮可用性和供應(yīng)鏈因素。產(chǎn)品的生命周期從幾個(gè)月到幾年不等，而傳感器需要在整個(gè)生命周期內(nèi)可用。供應(yīng)鏈也必須靈活可靠，以確保在需求波動(dòng)和經(jīng)濟(jì)條件變化的情況下仍能持續(xù)供應(yīng)傳感器以滿(mǎn)足生產(chǎn)需求。安森美非常重視工業(yè)和汽車(chē)領(lǐng)域的客戶(hù)，并確保產(chǎn)品的使用壽命，以滿(mǎn)足應(yīng)用生命周期和可用性要求。
適當(dāng)?shù)闹С?、文檔和開(kāi)發(fā)工具對(duì)產(chǎn)品的成功至關(guān)重要。傳感器廠(chǎng)商如果能提供出色的客戶(hù)支持和全面的文檔資料，就能幫助設(shè)計(jì)人員省時(shí)省力地了解傳感器的特性和功能。評(píng)估板和軟件開(kāi)發(fā)工具包 (SDK) 等開(kāi)發(fā)工具也有助于快速評(píng)估傳感器的性能并將其集成到產(chǎn)品設(shè)計(jì)中。安森美還開(kāi)發(fā)了一個(gè)名為高級(jí)圖像傳感器模塊參考設(shè)計(jì) （Premier Reference Image Sensor Module，PRISM）的專(zhuān)用系統(tǒng)，以加速設(shè)計(jì)階段。
可擴(kuò)展性是選擇圖像傳感器時(shí)需要考慮的另一個(gè)重要方面。隨著產(chǎn)品的發(fā)展和需求的變化，擁有不同分辨率、功能、結(jié)構(gòu)和性能的傳感器系列可以靈活地適應(yīng)新的要求，而無(wú)需重新設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)或?qū)W習(xí)全新的傳感器。這種方法還可以節(jié)省成本和時(shí)間，因?yàn)槊看萎a(chǎn)品升級(jí)需要新傳感器時(shí)，都無(wú)需從頭開(kāi)始。
在快速發(fā)展的圖像傳感器領(lǐng)域，理解技術(shù)能力與實(shí)際應(yīng)用之間的微妙平衡對(duì)于創(chuàng)新和成功至關(guān)重要。圖像傳感器技術(shù)的進(jìn)步為各行各業(yè)帶來(lái)了無(wú)限的可能性，從汽車(chē)到安防、醫(yī)療健康、制造等領(lǐng)域均有廣泛應(yīng)用。
在設(shè)計(jì)產(chǎn)品或系統(tǒng)時(shí)，必須考慮適當(dāng)?shù)倪x擇標(biāo)準(zhǔn)和因素，以最大限度地提高傳感器的性能、效率、可靠性以及與其他元器件的兼容性。圖像性能、產(chǎn)品或系統(tǒng)參數(shù)以及其他因素，如功能安全、可靠性、生態(tài)系統(tǒng)合作關(guān)系、可用性和供應(yīng)鏈、支持和文檔、可擴(kuò)展性和系列化方法等，都是有助于開(kāi)發(fā)有效、高效和面向未來(lái)的成像解決方案的關(guān)鍵要素。通過(guò)優(yōu)先考慮這些因素，像安森美這樣的傳感器廠(chǎng)商可以為客戶(hù)不斷變化的多樣化需求提供最佳解決方案。
隨著技術(shù)的不斷進(jìn)步和新應(yīng)用的不斷涌現(xiàn)，圖像傳感器在塑造我們的世界和推動(dòng)創(chuàng)新方面仍將發(fā)揮至關(guān)重要的作用。因此，無(wú)論您是在設(shè)計(jì)安防攝像頭還是在開(kāi)發(fā)自動(dòng)駕駛汽車(chē)，圖像傳感器的選擇標(biāo)準(zhǔn)仍將是取得成功和創(chuàng)造安全、高效、可靠產(chǎn)品的關(guān)鍵。
文章來(lái)源：安森美
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