伴隨著當今更低成本和更高性能的工業相機的趨勢,對CMOS圖像傳感器也提出了更高的要求,需要通過設計系統級芯片(SoC)來實現這一目標。為實現該目標,需通過3D芯片堆棧和背照(back side illuminated ,BSI)技術,把多個圖像處理任務集成到單一器件中。在未來將會出現具有精密的機器學習和專有的智能計算芯片結合圖像擷取功能的解決方案,創造出緊湊的高速運算視覺系統。

摘要

可是在實現嶄新的大型技術集成之前,必需掃除兩個主要發展障礙 — 芯片的熱量管理和功耗。

現在,先進的前照(front side illuminated ,FSI) CMOS傳感器集成了模擬和數字功能,實現了成本和效能兼具的解決方案。能夠達成這些目標,關鍵在于把有利于系統效能及嵌入到圖像傳感器SOC等各種因素的巧妙分隔。在這里,分隔圖像系統應用以及諸如CPU、FPGA和DSP等已有圖像處理器件的角色是核心因素,因功能重覆會導致成本上升。而開發一個能夠為目標應用市場提供可行方案,以達到大規模量產(以實現最低生產成本)的標準圖像SOC產品,事前需要兩個模塊的深入對話。

終端相機產品的主要的市場參與者,包括硬件、軟件、系統建構者和光學工程師,以及一個多范疇的圖像傳感器開發隊伍,都在貢獻著各自在半導體科技和終端相機產品技術和應用的知識,尋找創新的產品解決方案。

本文將介紹一款面向條形碼讀碼器和其它嵌入式視覺應用的CMOS圖像傳感器系列產品、它們的應用實例,以及一些未來發展趨勢。

條形碼 — 現今最流行的編碼系統以及相關閱讀技術概況

在以節假日及季節性消費零售和網上購物的行業中,物流運輸、制造和批發等行業每日掃描逾50億個條形碼。隨著1970年代全球首個條形碼在一包口香糖上出現,現在它顯然是最流行的可讀編碼系統,并且不斷發展新的應用范圍。一維條形碼是首個出現的條形碼(并因印刷技術進步,面積不斷變小),而它仍然是主流技術,可見于零售、運輸和物流及其它行業的UPC(獨有產品碼)應用。二維條形碼有多種不同的規格,提供相較一維碼更多的可編程數據:一維碼最大可載入20-25字符,且取決于條形碼類型;二維碼最大可以加載超過2000個字符。除了一般的寫入產品信息和明細功用外,二維條形碼也寫入校驗和(checksum)以及其它校正技術,以確保對印刷錯誤或破損的條形碼有更大的容錯能力。二維碼在一些特定行業已獲得大量應用,如自動化制造行業,零件的直接部件標示(direct part marking ,DPM)等。

  二維條形碼閱讀技術升級大約在15年前開始,因為它能夠同時閱讀二維碼和一維碼,并成為當今的市場主流。

UPC 一維碼

QR二維碼

PDF417 二維碼

Datamatrix 二維碼

圖1:條形碼范例

圖2:不是所有二維碼閱讀器都有同樣的功能

不是所有二維碼閱讀器都有同樣的功能

條形碼驗證和解碼系統正在快速發展并不斷改進,以提供更快、更緊湊、更低價格和更強大的閱讀功能。

雖然基于激光的一維閱讀器仍然在產和使用,閱讀系統最顯著的技術進步卻是來自二維閱讀器。二維閱讀器通過圖像傳感器,使得它能夠提供顯著的演算能力,帶來之前不可能出現的附加功能。這些功能包括拍攝照片和錄取視頻,以及加入更多先進功能,常見例子包括文件掃描、光學字符辨識(OCR,orthogonal character recognition)、物件辨認、尺寸量度,以及更多其它功能。

Teledyne-e2v 的圖像傳感器 是一款面向這一市場上的獨特產品,提供了各種二維傳感器選項以外的更多優勢。其中一個主要原因是它經設計專門用于條形碼閱讀,而不是一般面向多用途、消費性或車用市場的產品。這意味著一種精確強大的解決方案,能夠滿足領先市場的條形碼閱讀器產品的一切要求。

Teledyne-e2v 近期開發出一小像素低噪聲全局快門CMOS圖像傳感器系列產品,擁有獨特功能,能夠為自動數據采集系統(Automatic Data Collection System,ADCS)和自動辨識(Auto Identification,AI)市場應用帶來顯著成本節省及/或性能提升的方案。在這一市場區間,雖然傳感器單元成本是最重要的因素,但諸如照明 / 光學鏡頭的降成本方案也需要一并考慮。

圖 3: Snappy 是用于工業條形碼閱讀器的CMOS圖像感測的一種創新面向應用方法

2mp和5mp分辨率圖像傳感器

黑白和彩色版本可選CRA 12°和0°

小像素高性能

2.8μm低噪聲全局快門像素,具有像素內相關雙采樣(CDS)技術

MIPI CSI-2接口用于無黏貼嵌入式成像系統

4x1.2Gbits 通道(可選最小單通道)

片上自動條形碼偵測

智能取景窗口功能實現條形碼快速精確辨認

自動調節

快速自曝光模式