【導讀】現代圖像傳感器在工廠自動化、視頻會議、監控、智能門鈴和增強現實等眾多應用中實現了越來越多的強大視覺系統功能。摩爾定律及其推論推動了更節省空間、性能更好的 CMOS 圖像傳感器和處理器的發展。現在，系統架構師和設計人員可以"少花錢多辦事"，在相同或更小的尺寸、重量和預算限制下實現更強的功能和性能。
現代圖像傳感器在工廠自動化、視頻會議、監控、智能門鈴和增強現實等眾多應用中實現了越來越多的強大視覺系統功能。摩爾定律及其推論推動了更節省空間、性能更好的 CMOS 圖像傳感器和處理器的發展。現在，系統架構師和設計人員可以"少花錢多辦事"，在相同或更小的尺寸、重量和預算限制下實現更強的功能和性能。
功耗問題
由于圖像傳感器對功耗的要求越來越高，設計人員一直在為如何設計視覺系統而不斷努力。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 LED 大大增加了系統的功率需求和電源管理負擔。在機器視覺相機中，更快的幀頻和更高的分辨率會增加功耗，迫使設計人員規劃額外的功率匹配。
在門禁控制應用中，需要使用更大的電池來維持更長的充電周期。這些因素不僅增加了系統的成本，還顯著改變了系統架構，包括期望的外形和系統尺寸。在許多情況下，這導致視覺系統設計人員需要大幅縮減設計，從而導致最終產品差異化不大。
在此必須認識到，在視覺系統中，圖像傳感器是唯一的數據生成器，它決定了整個系統的運行。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量不佳，則會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產生更多的數據，這帶來了額外的問題，在輸出端需要有足夠的能力對這些輸入進行處理。處理引擎（ISP 或 SoC）現在需要預留專用資源，并輔以外部存儲器來保存輸入的圖像數據。無論哪種情況，都會增加視覺系統的整體功耗、外形尺寸和成本。
在許多情況下，上述問題會導致視覺系統設計人員不得不大幅簡化他們的設計，從而導致最終產品差異不大。這些障礙迫使人們對圖像傳感器的功能進行更仔細的審查，并尋找能夠幫助降低視覺系統功耗，同時又不影響圖像質量和運行速度的智能圖像傳感器。
影響因素
僅在需要時喚醒傳感器
大多數應用不需要一直處于全功能狀態（全分辨率、最大幀率），因為場景不會經常變化，或者變化對應用場景來說并不重要。在可視門鈴、監控攝像頭、（視頻）門禁系統等例子中就可以清楚地看到這一點。以較低狀態（低分辨率、低幀率）運行視覺系統并節省功耗是非常有益的。主要在低狀態下運行可以延長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. 運動喚醒 (WOM) 功能高效工作模式
具有子采樣（Subsampling Mode）模式和觸發模式（Trigger Mode）的圖像傳感器可對器件進行出色的操作控制。子采樣模式提供了控制帶寬與功耗關系的機會——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。無論哪種情況，這種靈活性都有助于選擇最理想的工作狀態，實現最低的功耗。
利用觸發模式，用戶可以控制圖像傳感器的場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，在這種狀態下它消耗的功耗最少。在再次觸發之前，傳感器保持低功耗狀態，等待重復操作。
在傳感器內進行更多處理
圖像傳感器是邊緣數據捕獲器件。通常，這些器件會拍攝場景并提供數據。這給ISP/SoC帶來了巨大的負擔，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，視覺系統可能需要更寬的動態范圍來應對復雜的光照條件。系統可以通過融合場景的多重曝光來實現這一點。
這種融合既可以在ISP/SoC中進行，也可以在傳感器內部完成。后者效率更高，并能提供更優質的圖像，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程中的功耗。而前者可能接收到的是低保真數據，這依賴于融合算法的質量，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，視覺系統設計人員往往會面臨兩難選擇，不知道用哪種方法才能實現最佳解決方案。所需的數據處理要么通過ISP/SoC上的硬件完成，要么通過運行在這些器件上的軟件來完成。無論哪種情況，它們的局限性都會導致性能/功耗/價格達不到最佳水平，從而迫使設計人員做出代價高昂的權衡。
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系統
要在實際成像應用中實現出色的性能，同時不增加圖像傳感器和整個視覺系統的功耗，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，提供卓越的圖像質量的同時還要節能。
達成這一關鍵平衡是安森美 Hyperlux 圖像傳感器系列的核心追求。Hyperlux LP 產品系列的架構和設計旨在最大限度地降低功耗，被公認為領先業界的低功耗圖像傳感器。Hyperlux LH 產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產品系列包括500萬像素（MP）的AR0544、800萬像素的AR0830和2000萬像素的AR2020。Hyperlux LH產品系列則包含200萬像素的AR0246、800萬像素的AR0822以及即將發布的1200萬像素傳感器。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，還降低了整個系統的功耗。
這些傳感器不但功耗超低，與其他替代產品相比，功耗最多可降低 40%。此外，與同類產品相比，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的硅和像素架構，具有卓越的光學性能。由此產生的量子效率（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量的圖像。這極大地減少了可見光和近紅外區域的補充照明，降低了視覺系統的總體物料（BOM） 成本。
這兩個產品系列都內置了諸如運動喚醒（WOM）、子采樣和觸發模式等多種功能，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，并降低視覺系統的總體擁有成本（TCO）。通過構建特定的功能以提供更寬的動態范圍，這些傳感器使得智能視覺系統能夠提供高性能的差異化功能。
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