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传感器提供最佳的图像均匀度、高线性动态范围、高光灵敏度、大光学格式，而CMOS传感器提供灵活读取、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。高速图像捕获可提供高吞吐量，高质量图像提供准确分析，高像素捕获清晰的图像细节。

　　安森美半导体是唯一能提供CMOS和CCD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CYPRESS、TRUESENSE、Aptina三家公司的技术优势，是唯一能提供CMOS和CCD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CCD和CMOS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 至 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图像传感器能提供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，从而提供比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CMOS和CCD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，提供低功耗/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)校正提供增强的图像品质，根据应用的可配置性为指定终端应用优化图像质素，高量子效率提供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，安森美半导体还提供低功耗级 PYTHON 1300和PYTHON 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。

　　表1：PYTHON低功耗/帧率方案

　　3. 高且灵活的读出速度

　　PYTHON拥有符合并超越现代接口如USB3、USB3.1、10 GigE、Cameralink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。

　　图1：PYTHON高带宽支持高帧率和高分辨率

　　4. 可扩展

　　PYTHON系列共计9款不同器件，提供从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。

　　图2：PYTHON系列的9款器件

　　因此，基于PYTHON支持USB3以上的高带宽，可提供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提供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。