革新視覺(jué)系統的設計和效率，這兩款圖像傳感器了解一下

現代圖像傳感器在工廠(chǎng)自動(dòng)化、視頻會(huì )議、監控、智能門(mén)鈴和增強現實(shí)等眾多應用中實(shí)現了越來(lái)越多的強大視覺(jué)系統功能。摩爾定律及其推論推動(dòng)了更節省空間、性能更好的 CMOS 圖像傳感器和處理器的發(fā)展?，F在，系統架構師和設計人員可以"少花錢(qián)多辦事"，在相同或更小的尺寸、重量和預算限制下實(shí)現更強的功能和性能。

功耗問(wèn)題

由于圖像傳感器對功耗的要求越來(lái)越高，設計人員一直在為如何設計視覺(jué)系統而不斷努力。例如，監控應用中的功率預算非常有限。功耗大的圖像傳感器和提供輔助照明的多個(gè) LED 大大增加了系統的功率需求和電源管理負擔。在機器視覺(jué)相機中，更快的幀頻和更高的分辨率會(huì )增加功耗，迫使設計人員規劃額外的功率匹配。 

在門(mén)禁控制應用中，需要使用更大的電池來(lái)維持更長(cháng)的充電周期。這些因素不僅增加了系統的成本，還顯著(zhù)改變了系統架構，包括期望的外形和系統尺寸。在許多情況下，這導致視覺(jué)系統設計人員需要大幅縮減設計，從而導致最終產(chǎn)品差異化不大。

在此必須認識到，在視覺(jué)系統中，圖像傳感器是唯一的數據生成器，它決定了整個(gè)系統的運行。它要求處理器處理輸入的數據，使處理引擎能夠處理這些輸入。 

如果缺乏目的性或輸入質(zhì)量不佳，則會(huì )浪費或增加本可以避免的功耗。更高的分辨率和更快的幀頻會(huì )產(chǎn)生更多的數據，這帶來(lái)了額外的問(wèn)題，在輸出端需要有足夠的能力對這些輸入進(jìn)行處理。處理引擎（ISP 或 SoC）現在需要預留專(zhuān)用資源，并輔以外部存儲器來(lái)保存輸入的圖像數據。無(wú)論哪種情況，都會(huì )增加視覺(jué)系統的整體功耗、外形尺寸和成本。

在許多情況下，上述問(wèn)題會(huì )導致視覺(jué)系統設計人員不得不大幅簡(jiǎn)化他們的設計，從而導致最終產(chǎn)品差異不大。這些障礙迫使人們對圖像傳感器的功能進(jìn)行更仔細的審查，并尋找能夠幫助降低視覺(jué)系統功耗，同時(shí)又不影響圖像質(zhì)量和運行速度的智能圖像傳感器。

影響因素

僅在需要時(shí)喚醒傳感器

大多數應用不需要一直處于全功能狀態(tài)（全分辨率、最大幀率），因為場(chǎng)景不會(huì )經(jīng)常變化，或者變化對應用場(chǎng)景來(lái)說(shuō)并不重要。在可視門(mén)鈴、監控攝像頭、（視頻）門(mén)禁系統等例子中就可以清楚地看到這一點(diǎn)。以較低狀態(tài)（低分辨率、低幀率）運行視覺(jué)系統并節省功耗是非常有益的。主要在低狀態(tài)下運行可以延長(cháng)電池供電系統的使用壽命，并減少所需的電池容量（mAh），從而最大限度地降低系統成本。

圖 1. 運動(dòng)喚醒 (WOM) 功能

高效工作模式

具有子采樣（Subsampling Mode）模式和觸發(fā)模式（Trigger Mode）的圖像傳感器可對器件進(jìn)行出色的操作控制。子采樣模式提供了控制帶寬與功耗關(guān)系的機會(huì )——可以在較低分辨率、較低幀率下運行傳感器以降低功耗，或者在相同功耗下以較高幀率運行。無(wú)論哪種情況，這種靈活性都有助于選擇最理想的工作狀態(tài)，實(shí)現最低的功耗。

利用觸發(fā)模式，用戶(hù)可以控制圖像傳感器的場(chǎng)景曝光到所需的精細度，并允許讀取拍攝到的圖像數據，然后將傳感器切換到待機狀態(tài)，在這種狀態(tài)下它消耗的功耗最少。在再次觸發(fā)之前，傳感器保持低功耗狀態(tài)，等待重復操作。

在傳感器內進(jìn)行更多處理

圖像傳感器是邊緣數據捕獲器件。通常，這些器件會(huì )拍攝場(chǎng)景并提供數據。這給ISP/SoC帶來(lái)了巨大的負擔，因為它們需要處理數據并使其適合決策。

許多功能都可以在傳感器內部、靠近數據源處完成，與在數據路徑的后期處理相比，輸出速度更快，保真度更高。例如，視覺(jué)系統可能需要更寬的動(dòng)態(tài)范圍來(lái)應對復雜的光照條件。系統可以通過(guò)融合場(chǎng)景的多重曝光來(lái)實(shí)現這一點(diǎn)。

這種融合既可以在ISP/SoC中進(jìn)行，也可以在傳感器內部完成。后者效率更高，并能提供更優(yōu)質(zhì)的圖像，因為融合邏輯利用的是靠近信號源的信號，并最大限度地降低了過(guò)程中的功耗。而前者可能接收到的是低保真數據，這依賴(lài)于融合算法的質(zhì)量，并且由于需要在器件間傳輸數據以及片外存儲中數據的頻繁交換，導致功耗更高，處理需求更大。

如果選擇 "非智能 "傳感器，視覺(jué)系統設計人員往往會(huì )面臨兩難選擇，不知道用哪種方法才能實(shí)現最佳解決方案。所需的數據處理要么通過(guò)ISP/SoC上的硬件完成，要么通過(guò)運行在這些器件上的軟件來(lái)完成。無(wú)論哪種情況，它們的局限性都會(huì )導致性能/功耗/價(jià)格達不到最佳水平，從而迫使設計人員做出代價(jià)高昂的權衡。

安森美（onsemi）圖像傳感器的架構和設計旨在提供盡可能低功耗的視覺(jué)系統

要在實(shí)際成像應用中實(shí)現出色的性能，同時(shí)不增加圖像傳感器和整個(gè)視覺(jué)系統的功耗，就需要傳感器具有更高的效率。這些傳感器必須在物理尺寸、功耗和數據傳輸的限制內工作，在具備高靈敏度，提供卓越的圖像質(zhì)量的同時(shí)還要節能。

達成這一關(guān)鍵平衡是安森美 Hyperlux 圖像傳感器系列的核心追求。Hyperlux LP 產(chǎn)品系列的架構和設計旨在最大限度地降低功耗，被公認為領(lǐng)先業(yè)界的低功耗圖像傳感器。Hyperlux LH 產(chǎn)品系列具有更高的性能，在傳感器內集成了多種功能，從而減少了對功能豐富的 ISP/SoC 的需求。

圖 2. Hyperlux LP 圖像傳感器系列

圖 3. Hyperlux LH 圖像傳感器系列

安森美的Hyperlux LP產(chǎn)品系列包括500萬(wàn)像素（MP）的AR0544、800萬(wàn)像素的AR0830和2000萬(wàn)像素的AR2020。Hyperlux LH產(chǎn)品系列則包含200萬(wàn)像素的AR0246、800萬(wàn)像素的AR0822以及即將發(fā)布的1200萬(wàn)像素傳感器。這些傳感器擴展了安森美的通用圖像傳感器系列，以最大限度地降低功耗，不僅是器件本身的功耗，還降低了整個(gè)系統的功耗。

這些傳感器不但功耗超低，與其他替代產(chǎn)品相比，功耗最多可降低 40%。此外，與同類(lèi)產(chǎn)品相比，它們的物理尺寸更小。

安森美 Hyperlux LP 和 Hyperlux LH 圖像傳感器采用先進(jìn)的硅和像素架構，具有卓越的光學(xué)性能。由此產(chǎn)生的量子效率（QE）和整體數據路徑性能，即使在具有挑戰性的低光條件下也能提供高質(zhì)量的圖像。這極大地減少了可見(jiàn)光和近紅外區域的補充照明，降低了視覺(jué)系統的總體物料（BOM） 成本。

這兩個(gè)產(chǎn)品系列都內置了諸如運動(dòng)喚醒（WOM）、子采樣和觸發(fā)模式等多種功能，有助于最大限度地減少系統級的處理延遲，降低 ISP/SoC 的功耗，并降低視覺(jué)系統的總體擁有成本（TCO）。通過(guò)構建特定的功能以提供更寬的動(dòng)態(tài)范圍，這些傳感器使得智能視覺(jué)系統能夠提供高性能的差異化功能。