工业视觉设备（工业视觉行业分析）

在工厂、运输系统、科学/医疗、零售、监控和机器人等工业应用中，随着公司寻求在流程中引入更强大的控制以提高质量和控制成本，图像传感器的使用正在显着增长。

在工厂中，图像传感器为机器人提供视觉，并改善过程中和生产线末端的检查，并提高工人的安全。在科学和医学领域，图像传感器是数字放射成像和分布式诊断的重要元件，用于X 射线晶体学、DNA 分析、天文摄影等。

安全是我们现代生活许多方面长期关注的问题。具有更高分辨率和图像质量的图像传感器正在用于边境安全的无人机/无人机中。随着图像传感器用于监控交叉路口、检测道路交通违规行为以及通过自动车牌识别(ANPR) 识别车辆，我们的道路变得越来越安全。

随着用户需求的增加，这些图像传感器的功率和质量正在迅速提高，以增强现有应用的性能并为这些设备启用新的应用。

关键技术推动因素

图像传感领域的许多技术进步正在推动这些性能的改进。背面照明(BSI) 通过翻转硅晶片并将光电阴极层移动到布线前面以重新排列传感器的关键成像元件，显着提高了对图像传感器至关重要的低光性能。

定义视频源质量的关键参数是传感器每秒可以传输的帧数(fps)。将此与提高的分辨率相结合意味着每帧中包含更多的像素数据，这需要显着提高传感器架构的速度，以提供流畅的视频输入而不会出现“抖动”。

许多现代相机已经放弃了机械快门，因为它们体积大、重量重，并且在长期使用后容易出现故障。现代相机越来越多地使用电子快门，同时捕获所有像素，这种技术称为“全局快门”。

由于传感器越来越多地用于涉及运动的应用中（传感器位于移动的车辆上或要捕获的场景包含移动的物体），因此需要具有快速全局快门的现代传感器来避免“体积”图像“拖尾”问题以及与“窗帘快门”技术相关的其他不良伪影。

工业视觉系统设计师面临的挑战

在为现代应用设计相机时，需要考虑很多因素，其中许多因素与图像传感器的选择有关。这是一个决定设计成败的关键决定。

几乎所有应用都需要高分辨率图像传感器，例如摄像机检测疾病早期迹象的医疗应用，或必须发现最小缺陷的工厂检查应用。然而，随着分辨率的提高，设计的其他部分也会受到影响，需要更大的数据传输带宽、更高的处理能力和更大的存储容量。

因此，指定的传感器必须足以完成任务，但不能过度指定，因为这会增加设计几乎所有方面的成本。

随着图像传感器被应用于始终由电池供电的无人机/无人机和自动导引车(AGV) 等移动应用中，相机解决方案（包括图像传感器）的功耗现在成为一个重要的考虑因素。虽然图像传感器是一个重要功能，但它消耗的电流会耗尽电池并缩短充电之间的时间。

在许多情况下，相机执行需要不同分辨率的多项任务，例如用于简单检查的低分辨率相机和需要检测精细细节的高分辨率相机。

然而，由于需要不同的传感器来实现不同的分辨率，因此在许多情况下每个传感器都需要不同的设计，从而显着增加了设计任务（和时间）。即使设计完成，由于每一个都不同，利用规模经济的能力也会大大降低。

对于许多首次采用图像传感器为其产品添加有价值功能的公司来说，学习曲线可能会很陡峭。一些制造商提供全面的工具来降低设计风险并指导设计人员完成设计过程。

在许多情况下，这些工具对于经验丰富的设计师来说也很有价值，他们需要在更快的时间内进行概念验证，然后无缝地开发批量生产版本。

家族式系列解决方案辅以设计支持

Onsemi的XGS图像传感器系列采用家族式系列解决方案，共有7个器件，分辨率范围从230万像素到1600万像素，采用兼容行业标准29 mm x 29 mm布局的通用占位面积。同样，覆盖2000万像素至4500万像素范围的四款设备也具有共同的占地面积。

这种方法给设计师带来的巨大好处是

他们可以设计每种分辨率具有已知性能的单个相机硬件，并且固件等IP 可以在整个相机系列中重复使用。这大大减少了设计时间和风险，并实现了制造规模经济。

每个图像传感器均采用先进的3.2 毫米像素设计，即使在弱光条件下也能提供出色的图像质量和低噪声水平。快速全局快门可捕捉高质量图像，而不会出现与卷帘快门技术相关的伪影。提供多种速度等级，有效利用可用接口带宽，使设计人员能够管理系统成本。尽管具有高性能，但分辨率高达45 兆像素的XGS 设备即使全速运行，功耗也低于1000 mW。

为了进一步支持设计工作，可以使用三种不同的评估系统。

该演示套件包括一个带有DevSuite 软件的硬件平台，可实现完整的传感器评估和对所有寄存器的访问。

X-celerator 平台包括公共FPGA 代码，并直接与Altera 软件和Xilinx 开发环境连接。

X-Cube 平台是29 mm x 29 mm 格式的完整参考设计，使用莱迪思FPGA 进行HiSPi 到MIPI 转换。 X-Cube 还使用DevSuite 软件进行图像捕获、处理和分析。

总结

图像传感在包括工业在内的许多应用中正在迅速发展，因为它使系统能够识别周围的世界并与之交互。因此，为了提供最先进的解决方案，许多公司现在首次提供视觉功能。这为设计人员带来了非常陡峭的学习曲线，特别是当每个传感器分辨率都需要专门的设计时。

安森美半导体的低功耗、低噪声XGS 系列高性能图像传感器具有多功能封装，并提供多个易于使用的开发平台，全力支持设计人员快速实现最先进的相机设计。

责任编辑：haq