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DALSA新型CMOS,专为扫描应用而生

发表时间:2022-12-05 14:29

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新型CMOS图像传感器采用最先进的低噪声全局快门像素技术,实现了数年前需要大两倍的像素元件才能达到的光电性能

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现代制造和物流配送中心需要通过提高视觉系统的传输速度、扩大其视野和工作范围来提高生产力水平。然而机器视觉的CMOS图像传感器通常是4:3或正方形,只能用在常规自动检测和扫描相机。新型CMOS图像传感器在市场上兴起,专门为扫描应用设计,代表着在工业的中应用又向前迈出了重要一步。新型传感器使用最先进的低噪声全局快门技术,实现以前需要两倍大小的CMOS才能达到的光电性能。新型CMOS不仅自身尺寸小,它的光学阵列适合设计轻薄的移动相机和模组,可用于小型OEM条码引擎、移动终端、手机附件、物联网、非接触认证系统、可穿戴设备、无人机和机器人。新型CMOS有些是2.4:1的宽格式,这使得它们特别适合用于扫描快速移动的物体或传送带上更宽的条形码。新型CMOS还可以以1.2GHz的双通道MIPI CSI-2接口无缝连接到CPU、ISP、DSP芯片组。

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新型CMOS图像传感器用于手持/固定和移动条码阅读器、OEM扫描引擎和自动识别

新的应用不仅仅对CMOS尺寸有所要求,还需要做到在非常短的积分时间扫描快速移动的物体,以避免捕捉到的图像模糊。短积分时间意味着更少的光子积累和信号增益产生适当的灰度和对比度,同时还要避免其他影响可用光子的因素。有些应用要求的宽距离成像,需要F-number较大的镜头来确保图像能充分对焦。但F-number越大意味着前光阑越小,从而能到达传感器的可用光越少。因此,增加曝光时间并不可行。如果传感器的低光信噪比不佳,为了限制传感器暗信号噪声的增加(通常结温每增加6到8度,噪声就翻一倍),唯一的方法就是增加照明,这同时也增加了LED、电源和散热管理的设计成本。新型CMOS传感器通过小全局快门像素功能和“像素内”CDS(相关双采样)来挑战弱光应用,实现了3电子参数的总读出噪声。此外,具有零间隙微透镜的双光导设计能最大限度地将光耦合到像素的光敏区域,也能实现低光下的良好信噪比。光导和微透镜还能实现非常宽的角响应,更接近于背照式像素(尽管这些传感器为前照式)。这些“像素内”光学元件还可以减少像素间的串扰,从而提供清晰的图像。图像质量的进一步提升需要考虑暗信号及其对固定模式噪声(FPN)的影响,特别是在高环境温度下。高暗信号的非均匀性(DSNU)往往会导致图像有更多的可见VFPN/HFPN,即使使用补偿技术也不能避免。

先进工业CMOS传感器的应用优势

目前,用于大多数条形码阅读器的CMOS传感器约为1MP,各设备制造商正在进行价格战。新型工业COMS凭借其更高的分辨率和独特的宽比例格式,可以实现更长或更宽的扫描范围和更快的扫描速度,终端用户可以用在更快更宽的传送带上以提高吞吐量,从而获得更高的收益。

小巧的体积也使这些新型CMOS成为小型OEM扫描引擎和超薄移动平台的理想选择。全2MP分辨率、高帧率和低功耗的组合可确保紧凑小巧的扫描引擎具有更大的工作范围和电池自主性,非常适合手持设备和移动应用。一些CMOS还嵌入了特定的条形码阅读功能,可用于快速扫描,如快速唤醒可实现通电后10毫秒内解码第一帧。特别是文件扫描需要的宽比例格式,是物流和包裹递送领域移动条形码终端中特别有用的功能。

DALSA新型CMOS发展趋势和应用

除了条形码阅读外,零售POS(销售点)中使用的固定条形码扫描仪越来越多地用于对象识别,这样水果、蔬菜等就可以通过自助结账来改善顾客的购物体验。RGB传感器可以增强对象识别功能,为传统的条码读取保持提供空间分辨率。

新型高效全局快门(典型值1/PLS>4000 @660nm)传感器是通用机器视觉应用的理想选择,如工厂自动化、自动检测等。过去这些应用需要多个相机集成正方形阵列,但现在全高清格式已经成为主流,可以裁剪图像或在水平方向上进行2 x 2像素合并,从而单一相机就能满足所有的要求。

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CMOS传感器也用于机器视觉、机器人和嵌入式成像应用。

用于拾取和放置货物的机器人以及用于将货物从一个地方运输到另一个地方的机器人使用2D条形码阅读器来识别货物、箱子,并在工厂车间内自主穿行。为了安全性、避免碰撞,经常要用到3D技术,可利用这些更小尺寸的新型CMOS轻松设计小型立体3D相机系统。随着人工智能和机器学习的部署,嵌入式视觉系统的普及程度越来越高。新型CMOS逐渐成为了这些立体3D系统的眼睛。因其体积小、重量轻、功耗低,新型CMOS传感器还可以用于无人机或物联网远程相机。全高清图像格式兼容16:9显示器,使这些设备能胜任远程视觉检查和监视应用。内部温度感应工件还可提供额外的环境信息。同样地,也可用于牙科匹配应用的彩色2D/3D相机。另一个日益增长的相关领域是医疗护理中的点扫描产品。多功能手持终端使病人可以在家中就能与医生通过视频通话进行医疗诊查。未来远程诊疗还需做到更多的生物识别和计量任务,这些扫描专用传感器将是理想的解决方案。

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