Anwendungen für die industrielle Bildverarbeitung mit CMOS-Sensoren von On Semiconductor

Der Vormarsch der Maschinen ist unaufhaltsam, und sie werden zunehmend Bildverarbeitungsfunktionen für eine wachsende Zahl innovativer Anwendungen benötigen. Damit Maschinen visuelle Informationen aus der physischen Welt sehen und interpretieren können, sind Bildsensoren, Systemkomponenten und Verarbeitungsalgorithmen erforderlich, um Bilder in Echtzeit zu erfassen, zu analysieren und darauf zu reagieren.

Bei der Entwicklung von Bildverarbeitungsanwendungen müssen wichtige Kompromisse eingegangen werden. Daher benötigen Entwickler Zugang zu robusten Produktpaletten, mit denen sie verschiedene Anwendungsfälle und Leistungsstufen abdecken können. On Semiconductor (onsemi) bietet ein breites Portfolio an Bildverarbeitungsprodukten, von leistungsstarken CMOS-Bildsensoren mit Global Shutter bis hin zu kostengünstigen Rolling-Shutter-Sensoren sowie integrierten On-Board-Bildverarbeitungssystemen (Abbildung 1).

Abbildung 1: On Semiconductor bietet eine breite Palette an CMOS-Sensoren für die vielfältigen Anforderungen verschiedener Anwendungen. (Bildquelle: On Semiconductor)

Ein Global-Shutter-Sensor erfasst alle Pixel gleichzeitig und hält so einen Moment effektiv fest. Ein Global-Shutter-Sensor mit hoher Bildfrequenz ermöglicht den präzisen und zuverlässigen Betrieb von Bildverarbeitungssystemen in schnellen, unvorhersehbaren oder hochpräzisen Umgebungen. Höhere Bildraten gehen jedoch mit einem höheren Stromverbrauch, einer höheren Bandbreite und einer höheren Wärmeabgabe einher.

Rolling-Shutter-Sensoren lesen Bilder zeilenweise und sind energieeffizienter und kostengünstiger. Sie sind jedoch nur für statische oder langsam bewegliche Anwendungen wie das Scannen von Dokumenten oder kostengünstige intelligente Geräte vorgesehen, bei denen Geschwindigkeit und Präzision weniger wichtig sind als Größe, Leistung und Budget.

Steigende Nachfrage nach Bildverarbeitungsanwendungen.

Die rasante Zunahme der Nachfrage nach Bildverarbeitungsanwendungen wird durch die zunehmende Automatisierung, die Integration künstlicher Intelligenz (KI) und den wachsenden Bedarf an Qualitätskontrollen in verschiedenen Branchen vorangetrieben. Die Prognosen für das durchschnittliche jährliche Wachstum liegen zwischen 8% und 13%, wobei die Marktwertschätzungen für 2025 zwischen 16 und 23 Milliarden US-Dollar liegen.

Für Produktdesigner ist es wichtig, dass die industrielle Bildverarbeitung aus ihrem industriellen Umfeld herausbricht und zu einem zentralen Bestandteil der Unterhaltungselektronik, des Gesundheitswesens und einer Vielzahl von Geschäftsbereichen, darunter Landwirtschaft und Logistik, wird.

Entwickler haben die Möglichkeit, maschinelle Bildverarbeitung in Smart-Home-Produkte für Verbraucher, Robotik, Automobile und medizinische Geräte zu integrieren, die sehen, interpretieren und auf Vorgänge in der physischen Welt reagieren können.

Der Erfolg solcher Anwendungen wird weitgehend von der Fähigkeit abhängen, Kompromisse in den Bereichen Optik, Leistung, Verarbeitung und Vernetzung auszugleichen. Mit seinem robusten Angebot an Bildverarbeitungsprodukten bietet onsemi Entwicklern die erforderlichen Optionen, um Geschwindigkeit, Bildqualität, Integration und Kostenaspekte optimal aufeinander abzustimmen.

Global-Shutter-Optionen

Für klare, verzerrungsfreie Bilder von sich schnell bewegenden Motiven stehen den Entwicklern die ARX383CSSM00SMKA0-CR zur Verfügung, eine Serie von Global-Shutter-Sensoren mit 0,3 Megapixeln und VGA-Auflösung, die bei voller Auflösung bis zu 120 Bilder pro Sekunde (fps) liefern. Sie liefern klare, rauscharme Bilder sowohl bei schlechten Lichtverhältnissen als auch bei heller Umgebung und ermöglichen sowohl kontinuierliche Videoaufnahmen als auch Einzelbilder. Damit sind sie eine vielseitige Option für eine Vielzahl von Anwendungen.

Der AR0235CSSM00SMKA0-CR ist ein 2-Megapixel-Global-Shutter-Sensor, der für Highspeed-Bildverarbeitungssysteme entwickelt wurde. Er und andere AR0235-Varianten sind für die präzise und schnelle Erfassung bewegter Szenen mit 120 fps bei voller Auflösung optimiert, sodass sie selbst in schnell bewegten Umgebungen Bewegungsunschärfen eliminieren können. Dadurch eignen sie sich besonders für Scan- und industrielle Inspektionsanwendungen.

Eine kostengünstigere Global-Shutter-Option ist der AR0145CSSM28SMKA0-CR, Teil einer Serie von 1-Megapixel-CMOS-Sensoren mit einer Bildrate von 60 fps. Er nutzt eine reine MIPI-Schnittstelle und bietet eine kostengünstige Komponente für eingebettete Bildverarbeitungsmodule, kompakte Scanner und Robotik, bei denen keine höhere Auflösung erforderlich ist.

Rolling-Shutter-Sensoren

In der Kategorie Rolling Shutter bietet onsemi eine Serie an, zu der auch die 2-Megapixel-Kamera AR0246NPSC10SMKA1-CR gehört, die sich durch zuverlässige Bildgebung mit mittlerer Auflösung und einem aktiven Pixelarray von 1920 H x 1080 V auszeichnet. Sie wurde für stromsparende, kostengünstige Bildverarbeitungssysteme entwickelt und bietet ein ausgewogenes Verhältnis zwischen Bildqualität und Erschwinglichkeit für Anwendungen wie eingebettete Kameras und intelligente Überwachung. Sie unterstützt sowohl kontinuierliche Videoaufnahmen als auch Einzelbildaufnahmen.

Für Anwendungen, die eine genaue und schnelle Erfassung bewegter Szenen bei geringem Stromverbrauch erfordern, können Entwickler den 5-Megapixel-Rolling-Shutter-Sensor AR0544CSSC11SMKA1-CP2 wählen. Dieser kompakte, leistungsstarke Sensor liefert hochauflösende Bilder mit bis zu 60 Bildern pro Sekunde und 30 Bildern pro Sekunde im LI-HDR-Modus (Line Interleaved High Dynamic Range).

Dann gibt es noch den NOIP1SE2000A-LTI, einen 2-Megapixel-Sensor mit integriertem Bildsignalprozessor (ISP). Dadurch kann der Sensor wichtige Funktionen wie automatische Belichtung, Farbkorrektur und sogar grundlegende Komprimierung direkt übernehmen. Dies kann ein wesentlicher Vorteil für Anwendungen sein, bei denen Latenz und Energieeffizienz entscheidende Faktoren sind und keine Kompromisse bei der Performance eingegangen werden können, wie beispielsweise bei Drohnen, tragbaren AR/VR-Systemen oder intelligenten Kameras.

Diese Produkte stellen nur einen kleinen Ausschnitt aus einer CMOS-Sensor-Produktpalette dar, die Hunderte von Produkten umfasst. Darüber hinaus bietet onsemi ergänzende Produkte wie Serialisierer/Deserialisierer-Chipsätze, Energiemanagement-ICs, Evaluierungskits und Entwicklungsboards, eingebettete Algorithmen und Tuning-Tools, um Entwicklern ein komplettes Ökosystem für die Entwicklung von kompletten Bildverarbeitungssystemen zur Verfügung zu stellen.

Fazit

Mit seinem umfassenden Ökosystem aus CMOS-Sensoren, Support-Komponenten und Tools ermöglicht onsemi Entwicklern, die technischen Herausforderungen in den Bereichen Optik, Leistung, Verarbeitung und Vernetzung zu meistern. Die Breite und Flexibilität der Produktpalette von onsemi gewährleistet, dass Entwickler Lösungen auswählen können, die genau auf ihre individuellen Anforderungen zugeschnitten sind. Damit werden Fortschritte in verschiedenen Märkten wie Smart Homes, Robotik, Gesundheitswesen und Automobiltechnologie ermöglicht.