21ic訊 物聯(lián)網(wǎng)(IoT)正迅速演進(jìn)且潛力巨大。據(jù)相關(guān)預(yù)測(cè)，未來(lái)5到10年，將有數(shù)以十億計(jì)的智能設(shè)備通過(guò)IoT跨越多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)互通互聯(lián)，包括有無(wú)線控制功能的LED燈泡、機(jī)頂盒、智能電表、煙霧報(bào)警器、可穿戴設(shè)備、安防攝像機(jī)、智能家居、智能體重計(jì)等等，將帶給我們?nèi)碌纳铙w驗(yàn)。

圖像傳感器是IoT的核心

在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，傳感器無(wú)處不在，無(wú)論是智能樓宇/家居領(lǐng)域的智能鎖、安防監(jiān)控、照明系統(tǒng)、恒溫器、智能門鈴、寶寶監(jiān)控器、智能家電，還是移動(dòng)醫(yī)療、車聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)領(lǐng)域的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)、機(jī)器人，消費(fèi)電子領(lǐng)域的可穿戴及游戲機(jī)等等，都內(nèi)置多個(gè)傳感器，且都至少包含一個(gè)圖像傳感器?？梢哉f(shuō)，圖像傳感器是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的核心器件。

一般而言，應(yīng)用于IoT的圖像傳感器具有以下關(guān)鍵特性：

1. 小光學(xué)格式：1/13至1/4英寸

2. 分辨率：VGA至500萬(wàn)像素

3. 系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)及RAW傳感器兩種類型

4. 具備低功耗待機(jī)模式

5. 幀率：至少達(dá)到30 fps以上

從趨勢(shì)上看，這類傳感器朝向模塊化、高度集成、低功耗、低成本及支援高度壓縮的H.264視頻方向發(fā)展。

安森美半導(dǎo)體憑借在圖像傳感器領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)和豐富經(jīng)驗(yàn)，在IoT領(lǐng)域制勝，成功的案例如Skully公司設(shè)計(jì)的被稱為“全球最智能的摩托車頭盔”、Oculus(已被Facebook收購(gòu))的虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)眼罩、Dropcam的家庭安防監(jiān)控?cái)z像機(jī)，以及Canary的 被喻為“最美的家庭全功能安防警報(bào)系統(tǒng)”，都采用了安森美半導(dǎo)體的圖像傳感器，提供高品質(zhì)的全高清視頻。

圖1：安森美半導(dǎo)體在IoT領(lǐng)域的成功案例

全集成的視頻開(kāi)發(fā)方案：MatrixCam

針對(duì)家庭自動(dòng)化系統(tǒng)、樓宇接入設(shè)備、嬰兒監(jiān)視器、先進(jìn)的照明控制和智能家電等關(guān)鍵應(yīng)用，安森美半導(dǎo)體推出完整的攝像機(jī)方案MatrixCam，加快工程師的開(kāi)發(fā)進(jìn)程，使客戶可隨時(shí)投產(chǎn)。

MatrixCam的功能圖如圖2所示：攝像頭捕獲的信息經(jīng)過(guò)圖像傳感器傳給H.264編碼器，該編碼器將信息處理后可傳給以太網(wǎng)或存儲(chǔ)到SD卡，或由WiFi外傳上網(wǎng)，在待機(jī)的狀態(tài)下經(jīng)由藍(lán)牙或無(wú)源紅外(PIR)喚醒系統(tǒng)。

圖2：MatrixCam VDK功能圖

MatrixCam是智能的、低功耗1080p視頻流參考設(shè)計(jì)：

1. 內(nèi)置眾多互聯(lián)互通方案——包括Wi-Fi (802.11b/g/n)、以太網(wǎng)(10/100 兆位/秒)和藍(lán)牙低功耗(BLE)。

2. 支持微型SD卡存儲(chǔ)視頻和圖片

3. 可連接到云服務(wù)如亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和谷歌云平臺(tái)，便于視頻點(diǎn)播和直接在用戶的智能設(shè)備上直播。

4. 具備雙向音頻功能：提供全向電容式麥克風(fēng)，支持音頻編碼，捕捉聲音，并播放存儲(chǔ)在SD卡上的音頻文件

5. 1080p@30fps智能流：支持Firefox、IE及蘋果的Safari瀏覽器、Linux、Windows及蘋果操作系統(tǒng)、iOS、安卓智能手機(jī)系統(tǒng)、亞馬遜和谷歌的云端服務(wù)

6. 推送通知：由 BLE或通過(guò)集成運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的 PIR傳感器喚醒。喚醒后，推送通知被發(fā)送到指定的便攜式電子設(shè)備(智能手機(jī)、平板電腦等等)，提醒用戶應(yīng)查看直播(或靜態(tài)圖像)。

7. VDK可通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的基于web的圖形用戶界面(GUI)或使用專用移動(dòng)應(yīng)用進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置、視頻配置、錄制配置、云配置、用戶管理、拍照、錄制視頻、打開(kāi)/關(guān)閉音頻、查看直播流、固件更新等等。

8. MatrixCam開(kāi)發(fā)套件是開(kāi)放式影像平臺(tái)，提供應(yīng)用程序編程接口(API)測(cè)試程序，包含開(kāi)放源碼，可從電腦或安卓系統(tǒng)執(zhí)行，API及示例代碼GitHub資源庫(kù)如下表所示。

表1：API及示例代碼GitHub資源庫(kù)

MatrixCam參考設(shè)計(jì)結(jié)合了安森美半導(dǎo)體的圖像傳感器AR023Z、降壓/升壓轉(zhuǎn)換器NCP3064、開(kāi)關(guān)NCP6332-D、低壓降穩(wěn)壓器(LDO)NCP160-D、電壓監(jiān)控MAX708T、電量計(jì)LC709203F、電池充電器NCP1855-D等器件，其中AR023Z 1/2.7英寸CMOS圖像傳感器是這參考設(shè)計(jì)的核心。

AR023Z是高性能的1080p高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)圖像傳感器，采用DR-pix技術(shù)提供領(lǐng)先業(yè)界的微光性能，支持高品質(zhì)1080p 60fps高清視頻，靈活的接口選擇如并行或HiSPi接口兼容于所有流行的圖像信號(hào)處理器(ISP)，提供片上HDR或支持第三方ISP交錯(cuò)HDR模式的選擇，開(kāi)窗、像素合并、跳行、溫度傳感器等先進(jìn)的特性為客戶提供更高靈活性。HDR是AR023Z最關(guān)鍵的特性，其多重曝光HDR技術(shù)可提供16倍和32倍增益比，自適應(yīng)局部色調(diào)映射可讓高動(dòng)態(tài)的功能更易于使用，增加的動(dòng)態(tài)范圍超越前代技術(shù)，提供更靈敏像素及更優(yōu)信噪比(SNR)，支持交錯(cuò)模式T1/T2 幀輸出選擇即芯片外HDR處理?？蛻艨筛鶕?jù)圖形處理器決定具體使用哪一種模式。

此外，MatrixCam還使用了GainSpan 的GS2011 WiFi模塊，提供極低待機(jī)功耗，符合IEEE 802.11b/g/n標(biāo)準(zhǔn)，支持WEP/WPA/WPA2 安全、Adhoc網(wǎng)絡(luò)以及 Wi-Fi 保護(hù)設(shè)置 (WPS)，提供SPI、UART、SDIO等I/O接口，其中SDIO可達(dá)40 Mbit/s的傳輸速率，其WiFi和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)堆棧無(wú)需使用外部處理器就可直接在模組上運(yùn)行，通過(guò)美國(guó)FCC、加拿大IC、歐洲的ETSI及日本的TELEC認(rèn)證，能在全球暢通無(wú)阻地使用。

MatrixCam的關(guān)鍵特性

應(yīng)用程序處理器

· 1080p@30fps 視頻串流通過(guò)以太網(wǎng)及Wi-Fi

· 為視頻和靜態(tài)圖像添加分辨率選擇

· 內(nèi)置圖像信號(hào)處理器

· 從待機(jī)喚醒的視頻直播和錄制

· 藍(lán)牙低功耗(BLE)和遠(yuǎn)紅外(PIR)從待機(jī)喚醒

圖像傳感器

· 分辨率: 1920x1080@60fps

· 像素尺寸: 3 um

· 色彩濾波陣列(CFA): RGB Bayer

· 快門類型: 電子卷簾快門(ERS), GRR

· 輸入時(shí)鐘范圍: 6-48 MHz

· 輸出: 串行, 并行

· 輸出時(shí)鐘最大值: 148.5Mp/s(4通道HiSpi), 74.25 Mp/s(并行)

· 幀率: 60fps

· 響應(yīng): 4.0 V/lux-sec

· 信噪比(SNR)最大值: 41 dB

· 電源電壓: I/O: 1.8 或 2.8 V

· 數(shù)字: 1.8V

· 模擬: 2.8V

· HiSpi: 0.3V-0.6V(SLVS), 1.7V-1.9V(HiVcm)

PIR傳感器

· 能檢測(cè)10-15英尺處的人

· 檢測(cè)角度至少應(yīng)為140度

無(wú)線連接

1) Wi-Fi

· 單頻帶(2.4 Ghz) Wi-Fi 模塊能力802.11b/g/n

· Wi-Fi 在客戶端模式下運(yùn)行

· 待機(jī)模式低功耗

2) BLE

· 能連接攝像機(jī)到房間內(nèi)其它BLE 4.0設(shè)備

· 能從待機(jī)喚醒

以太網(wǎng)：IEEE 802.3u 10/100mbps

音頻

· 麥克風(fēng): 全方位麥克風(fēng)

· 音頻譯碼: 16khz, 32/64kbps AAC-LC

· 揚(yáng)聲器: NXP (手機(jī)揚(yáng)聲器) 0.5 瓦

存儲(chǔ)器：微型SD卡插槽

USB 連接器 (微型 USB)

· 用于調(diào)試

· 用于固件升級(jí)

· 錄制圖片和視頻到SD卡和從SD卡播放

· 將有一個(gè)滑動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)打開(kāi)/關(guān)斷

電源

· 微型USB

· 單節(jié)鋰離子電池充電器

鏡頭規(guī)格

· HFOV(水平視野) : 105°

· VFOV(垂直視野): 80°

LED：多色LED以顯示狀態(tài)

實(shí)時(shí)時(shí)鐘: 將使用實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)GS2011MIES

總結(jié)

攝像機(jī)在IoT應(yīng)用中不可或缺，圖像傳感器發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。安森美半導(dǎo)體具有從分立半導(dǎo)體到專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)和定制專用集成電路(ASIC)的寬廣產(chǎn)品陣容，基于強(qiáng)大卓越的運(yùn)營(yíng)和大量應(yīng)用的悠久歷史，能為快速增長(zhǎng)的IoT市場(chǎng)提供完整的IoT方案。為促進(jìn)IoT產(chǎn)品采用更多的視頻而開(kāi)發(fā)，并加快相關(guān)產(chǎn)品上市，安森美半導(dǎo)體推出開(kāi)放的成像平臺(tái)MatrixCam，提供通過(guò)WiFi、BLE或以太網(wǎng)連接的低功耗視頻流和靜態(tài)圖像捕獲，具備領(lǐng)先業(yè)界的微光性能，支持雙向音頻和云整合，易于定制，使產(chǎn)品能快速上市。