隨著現(xiàn)代世界的自動(dòng)化，感知在所有領(lǐng)域的重要性都在上升。傳感器有許多類型，從最簡單的監(jiān)測單個(gè)參數(shù)(如光或溫度)的器件到更精密的器件，如能以驚人的幀速率記錄整個(gè)場景以供分析的圖像傳感器。

圖像傳感器越來越受歡迎，并被用于從普通到不可思議的許多應(yīng)用中。在工業(yè)領(lǐng)域，它們可監(jiān)控安全、檢查流程、檢查成品或在制品(WiP)、檢查任何平板顯示器，甚至拍攝您特別喜歡的好萊塢電影。與員工不同的是，圖像傳感器不會(huì)遺漏任何東西，并可以 24/7/365 全天候工作。

設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)

設(shè)計(jì)相機(jī)系統(tǒng)可能具有挑戰(zhàn)性，并且在工業(yè)應(yīng)用中，由于環(huán)境(溫度、濕度、污垢、電尖峰)而可能會(huì)有更多的挑戰(zhàn)——一個(gè)很長的列表。但最基本的決定通常是感知元件，即圖像傳感器，它可以決定設(shè)計(jì)的成敗。

傳感器分辨率是要做出的關(guān)鍵決定之一——捕獲的圖像或視頻流必須足夠詳細(xì)且足夠快，以便監(jiān)控它的人員(或軟件)能夠以所需的速度挑選出細(xì)節(jié)。然而，增加分辨率，同時(shí)以下游電子設(shè)備無法處理的速度運(yùn)行，將增加傳感器的成本，且需要更多帶寬來傳輸和存儲(chǔ)容量，從而進(jìn)一步增加成本。因此，指定的傳感器必須足以完成任務(wù)，但不能過度指定。

分辨率也與功耗有關(guān)，在系統(tǒng)由市電供電的許多情況下，這不是問題。但對(duì)于電池供電的設(shè)備——如無人機(jī)、便攜式測試儀、物聯(lián)網(wǎng)(IoT)設(shè)備，甚至是在工廠和倉庫中越來越常見的自動(dòng)導(dǎo)引車 (AGV)——過度指定的傳感器會(huì)大大減少充電之間的有用工作時(shí)間。此外，過多的功耗會(huì)導(dǎo)致過多的散熱，最終產(chǎn)生影響整體圖像質(zhì)量的噪聲。

在現(xiàn)代工業(yè)環(huán)境的許多應(yīng)用中，相機(jī)執(zhí)行不同的任務(wù)，每一個(gè)都需要不同的分辨率。例如，一個(gè)簡單的檢測應(yīng)用可以使用低分辨率相機(jī)，而需要檢查詳細(xì)特征的應(yīng)用將部署高分辨率相機(jī)。

雖然這種方法避免了過度指定傳感器的弊端，但它確實(shí)需要針對(duì)每種分辨率使用不同的傳感器。然而，在許多情況下，每個(gè)傳感器都需要不同的設(shè)計(jì)，從而大大增加了設(shè)計(jì)任務(wù)(和時(shí)間)。即使設(shè)計(jì)完成，從規(guī)模經(jīng)濟(jì)中獲益的能力也會(huì)減弱，因?yàn)槊總€(gè)設(shè)計(jì)都使用不同的組件。

圖像傳感器的便利性和價(jià)值使其廣受歡迎，導(dǎo)致許多公司首次采用該技術(shù)。然而，學(xué)習(xí)曲線可能非常陡峭——甚至對(duì)于有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員來說，設(shè)計(jì)也可能很棘手。

家族式方案帶來益處

盡管需要一系列具有不同功能集的不同分辨率的相機(jī)，但設(shè)計(jì)人員更愿意只完成“理想世界”中的一個(gè)設(shè)計(jì)。然而，這似乎是不可能的，因?yàn)樾枰褂貌煌膫鞲衅鱽韮?yōu)化每個(gè)相機(jī)以適應(yīng)特定的應(yīng)用。

不過，安森美(onsemi)的 PYTHON 和 XGS 系列先進(jìn)圖像傳感器，采取了“家族式”方法。雖然七種不同的 XGS 傳感器提供從230萬像素 (MP)到4500萬像素的一系列分辨率，但所有器件都具有與行業(yè)標(biāo)準(zhǔn) 29 毫米 x 29 毫米布局兼容的通用尺寸。在更高的分辨率下， 2000萬像素到 4500萬像素范圍的4個(gè) XGS 器件也具有通用的占位。PYTHON 系列采用了類似的方法，提供從130萬像素到高達(dá)2620萬像素的分辨率。

具有已知性能的高達(dá) 4500萬像素的單個(gè)相機(jī)硬件設(shè)計(jì)(以及另一個(gè)更高分辨率的相機(jī))在很大程度上滿足了設(shè)計(jì)人員只設(shè)計(jì)一次的愿望，顯著減少了設(shè)計(jì)時(shí)間和風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)可在制造中實(shí)現(xiàn)規(guī)模經(jīng)濟(jì)。此外，固件等知識(shí)產(chǎn)權(quán) (IP) 可以在整個(gè)系列相機(jī)中重復(fù)使用，如果需要更新硬件固件，只需進(jìn)行一次，從而減少設(shè)計(jì)維護(hù)成本。

安森美提供多種開發(fā)工具，包括帶有硬件平臺(tái)和DevSuite 軟件的演示套件用于傳感器評(píng)估，以支持剛接觸圖像感知的設(shè)計(jì)人員。還提供X-Celerator 平臺(tái)，其 FPGA 代碼直接與 Altera ®和 Xilinx ®接口，并提供使用 Lattice FPGA 進(jìn)行 HiSPi 到 MIPI 轉(zhuǎn)換的X-Cube 參考設(shè)計(jì)。X-Cube 還使用 DevSuite 軟件進(jìn)行圖像捕獲、處理和分析。