CMOS图像传感器IBIS_6600在机器视觉系统中的应用_艾晓辉
智能CMOS图像传感器与应用
目录分析
随着科技的快速发展，图像传感器在许多领域中都发挥着重要的作用。其中， CMOS图像传感器以其高性价比、低功耗、高集成度等优点，被广泛应用于手机、 安防、汽车、医疗等多个领域。为了更好地理解并应用CMOS图像传感器，许多 专业人士撰写了相关的书籍，其中，《智能CMOS图像传感器与应用》一书便是 一本极具参考价值的著作。本书将对该书的目录进行分析，以便读者更好地了 解其内容及结构。
《智能CMOS图像传感器与应用》这本书为我们揭示了CMOS图像传感器的智慧 与魅力。通过深入浅出的文字和生动的实例，作者让我们对CMOS图像传感器有 了更加深入的了解和认识。这本书也为我们展示了CMOS图像传感器在未来可能 的发展方向和应用前景。
无论大家是对电子技术感兴趣的初学者，还是在这个领域有一定经验的专家， 都可以从这本书中获得收获和启示。让我们一起跟随作者的脚步，探索CMOS图 像传感器的智慧与魅力吧！
内容摘要
本书还对CMOS图像传感器的未来发展进行了展望，讨论了新技术和新应用的可能性，以及CMOS 图像传感器如何继续在未来的发展中发挥关键作用。 《智能CMOS图像传感器与应用》是一本为那些对CMOS图像传感器及其应用感兴趣的读者提供全 面、深入和最新信息的书籍。无论大家是工程师、研究人员，还是对这一领域感兴趣的学者，都 可以从这本书中获得宝贵的见解和指导。
这本书的写作风格通俗易懂，语言流畅，使得那些非专业人士也能轻松阅读和 理解。无论是对于技术的研究者，还是对于普通读者，这本书都是一本极好的 科普读物。它不仅能帮助读者了解CMOS图像传感器的技术原理，还能使读者对 其应用领域有更深入的了解。
《智能CMOS图像传感器与应用》这本书是一本极具价值的科技著作。它不仅深 入浅出地介绍了CMOS图像传感器的工作原理和发展趋势，更对其在各个领域的 应用进行了全面的探讨。对于那些对图像传感器技术感兴趣的读者来说，这本 书无疑是一本宝贵的参考书。它也是一本极好的科普读物，能让读者轻松了解 到这一技术的最新发展。
CMOS图像传感器在光电自动跟踪系统中的应用
第6卷 第3期 2006年2月167121815(2006)0320312203 科 学 技 术 与 工 程Science Technol ogy and Engineering Vol .6 No .3 Feb .2006Ζ 2006 Sci .Tech .Engng .C MOS 图像传感器在光电自动跟踪系统中的应用赵志刚 毕晓麟(中科院上海技术物理研究所,上海200083)摘要 结合C MOS 图像传感器ADCS -2121在全自动便携式太阳辐射计中的应用介绍了C MOS 图像传感器在光学系统定位中的具体应用,并与传统的采用四象限探测器作为光斑探测器进行了比较。
结果表明,此种方法具有定位精度高、可自由规定零点等优点,且根据需要规定C MOS 图像传感器表面的跟踪范围,具有很好的应用性。
关键词 C MOS 图像传感器光斑定位 CP LD ADCS -2121中图法分类号 T N941.1; 文献标识码 B2005年10月10日收到第一作者简介:赵志刚(1981年生),男(汉族),陕西,在读研究生,研究方向:便携式全自动太阳辐射计。
littlezhao@ustc .edu 。
C MOS 图像传感器具有以下优点:集成度高,可将图像传感器阵列、A /D 转换电路、时钟控制电路以及数字接口电路集成在一起,减少了成像系统体积和复杂度,使设计周期大大缩短,且功耗低。
因此它在数字成像系统中被广泛采用。
在全自动便携式太阳辐射计中,采用其作为光斑定位的传感器可以得到较高的精度,以及在应用时可以自行设置坐标基点,方便设计人员对机械结构的设计。
1 ADCS 22121性能及特点ADCS 22121是由Agilent 公司开发的C MOS 黑白图像传感器,它将像素阵列、A /D 转换电路及时钟控制电路集成在一起,具有低噪声、高分辨率、低功耗等优点。
ADCS 22121像素阵列为640×480,其图像窗口可通过编程设定大小及位置,窗口大小可从640×480至4×4,可进行照相和摄像两种操作。
视觉传感器的原理及应用
视觉传感器的原理及应用1. 引言视觉传感器是一种利用光学技术获取和处理图像信息的传感器，它模拟了人眼的原理，能够感知环境中的光线，并将光线转化为电信号。
视觉传感器作为一种关键的感知器件，在多个领域中得到广泛应用，例如机器人技术、自动驾驶、工业自动化等。
本文将介绍视觉传感器的原理和应用。
2. 视觉传感器的工作原理视觉传感器的工作原理主要包括光敏器件、图像处理算法和图像显示三个方面。
2.1 光敏器件光敏器件是视觉传感器中重要的组成部分，它用于将光信号转换为电信号。
目前，常见的光敏器件有CCD（电荷耦合器件）和CMOS（互补金属氧化物半导体）。
•CCD： CCD是一种基于硅材料的光电传感器，具有高灵敏度和低噪声的特点。
它能够将光信号转换为电荷信号，并通过电荷耦合进行读取和放大。
CCD在高端图像传感器中得到广泛应用，例如高清摄像机和天文望远镜等。
•CMOS：CMOS是一种集成电路技术，在视觉传感器中，CMOS图像传感器是最常用的光敏器件之一。
CMOS图像传感器具有低功耗、小型化和集成度高的特点。
它将光信号转换为电压信号，并通过模拟转换器进行放大和数字化处理。
2.2 图像处理算法视觉传感器获取到的图像信号是模拟信号或数字信号，需要通过图像处理算法进行处理，提取出图像中的目标信息。
•图像采集：通过视觉传感器获取到的图像信号是连续的光强数据。
图像采集算法将连续的光强数据转化为离散的像素矩阵。
•图像增强：图像增强算法对图像进行滤波、增强和去噪等处理，以提高图像质量并突出目标特征。
•特征提取：特征提取算法根据目标的特征，如边缘、纹理和颜色等，从图像中提取出目标的关键特征。
•目标识别：目标识别算法通过匹配和分类等方法，在图像中自动检测和识别目标。
2.3 图像显示图像显示是将经过处理的图像信息以可视化的方式呈现给用户。
目前，常见的图像显示技术有液晶显示和有机发光二极管（OLED）显示。
•液晶显示：液晶显示器是一种基于液晶材料的显示技术，将电信号转换为可视化的图像。
CMOS图像传感器IBIS-6600在机器视觉系统中的应用
图 １ 光 强 响应 曲线 图
多数机 器视 觉产 品制 造商 开始转 为使 用 具有 低成
通 过使特 性 曲线 的上部 变得 水平 可 使模 拟数 字转 换 器 的转 换 范 围覆盖 整个 图像 亮度 范 围 ，从 而 避 免 明亮 区域 的小 面 积 曝光 过 度 现象 。 图２ 所 示 是Ｃ ｐｅｓ ＢＳ Ｕ Ａ、Ｓ Ａ ｙ ｒｓ的Ｉ Ｉ 、Ｌ Ｐ Ｔ Ｒ等 系列 图像 传 感器 在 不 同光强 下 的响应 图像 。这些 传感 器 由于
采 用 了 多 斜率 光 强 响 应 技 术 ，从 而 可 达 Ｎ９ Ｂ ０ｄ
本 、低 功耗 、小 尺寸 、高灵 敏度 和高 动 态范 围等
特 点 的Ｃ Ｓ ＭＯ 图像传 感器 。
１ Ｃ Ｓ ＭＯ 图像 传 感 器 的 选 择
为设 计 出高质 量 的机 器 视觉 系统 ，在 进行 图
０ 引 言
在高 度智 能化 的工业 时代 。市场要 求 越来 越
多 的 自动 化设 备带有 机器 视觉 系统 。而 图像 传感 器是 整个 机器 视觉系 统 的关键 部件 。图像 传感 器
主要 有Ｃ Ｓ Ｃ 两 大类 。近 几年 ，Ｃ Ｓ ＭＯ 和Ｃ Ｄ ＭＯ 图像 传感器 在灵 敏度 和动 态范 围方 面获 得 了很 大 的发
能图像传感器。该传感器主要有如下技术特性 ：
◇１ 英寸 光学格 式 ：
◇ 像 素 大小 ：３５ ｍ ３５ ． ×． ｍ； ◇ 有效像 素 ：３０ ｘ ２ ０ ０２２１：
◇ 感光 度 ：４８ ／ ｘ ＳＣ＠ ５ ｎ ． Ｖｌ — ｅ ６ ０ ｍ； ３ ｕ
◇ 动态 范 围可 达９ Ｂ； ０ｄ
解决 。其 中赛 普拉 斯 （ｙｒｓ）半 导 体有 限公 司 Ｃ ｐｅｓ 通 过 采 用一 项 高 填充 系数 专利 ，使 得Ｃ Ｓ ＭＯ 图像
简述cmos图像传感器的工作原理及应用
简述CMOS图像传感器的工作原理及应用1. 工作原理CMOS图像传感器（CMOS Image Sensor）作为一种常见的图像采集装置，在各种电子设备中被广泛应用。
它的工作原理主要包括以下几个步骤：1.1 光电转换当光线照射到CMOS图像传感器上时，光子会与图像传感器中的感光单元发生相互作用。
每个感光单元由一个光电二极管和一个储存电荷的电容器组成。
光电二极管的特殊结构使得它能够将光子转化为电荷。
1.2 电荷收集当感光单元吸收到光子后，光电二极管中的电子将被释放出来并存储在电容器中。
这个过程称为电荷收集。
光线越强，释放的电子就越多，储存在电容器中的电荷也就越多。
1.3 信号放大和采集为了确保图像的准确性和清晰度，接下来对储存的电荷进行放大和采集。
在CMOS图像传感器中，每个感光单元都有相应的输出线路，将电荷转化为电压信号，并经过放大电路进行信号放大。
1.4 数字转换放大后的模拟信号需要经过模数转换器（ADC）进行转换，将模拟信号转化为数字信号。
数字信号可以直接处理、存储和传输。
1.5 数据处理经过数字转换后，图像数据可以进行相关处理，如去噪、增强、压缩等。
处理后的图像可以输出到显示屏、存储设备或其他外部设备进行应用。
2. 应用2.1 摄像头CMOS图像传感器在摄像头中得到了广泛应用。
由于其低功耗、高集成度和成本效益等特点，CMOS图像传感器取代了传统的CCD图像传感器，成为主流的图像采集技术。
摄像头的应用领域包括智能手机、监控摄像机、数码相机等。
2.2 自动驾驶CMOS图像传感器在自动驾驶系统中发挥着重要的作用。
它可以捕捉到路面上的图像信息，识别道路标志、车辆、行人等障碍物，并将这些数据传输给自动驾驶系统进行处理和决策，从而实现自动驾驶功能。
2.3 医学影像在医学影像领域，CMOS图像传感器可以用于X光成像、透视成像和内窥镜等诊断设备中。
它可以高效地捕捉和记录患者的影像信息，帮助医生进行疾病的诊断和治疗。
视觉传感器技术的研究与应用
视觉传感器技术的研究与应用随着科技的发展，各种传感器技术不断涌现，可谓是应用广泛，走遍了各行各业。
而其中，视觉传感器技术则是其中的一大重要技术。
今天，我们就来探讨一下视觉传感器技术的研究与应用。
视觉传感器技术是利用一系列光学元件，如透镜、滤光片、光电二极管等，通过光线的反射、折射等现象捕捉目标的图像信息，进而实现对目标的识别、跟踪、测量等功能的一种传感器技术。
在现代工业中，由于其所具备的高速、高精度、非接触等特点，视觉传感器技术已经成为了各类机器设备、自动化生产线等的重要部分。
其中，机器视觉技术作为视觉传感器技术的一个分支领域，更是在智能制造、智能仓储、交通管理等现代化产业上发挥着越来越重要的作用。
视觉传感器技术的应用范围很广，从智慧家居、安防设备、机器人、汽车工业、医疗设备、航空航天等等众多的行业中都有所应用。
下面我们来分别看一下视觉传感器技术在不同领域的应用。
首先，我们来看看安防设备方面。
刷脸门禁、智能监控等设备的普及，离不开视觉传感器技术。
智能监控设备通过视觉传感器采集图像信息，结合图像识别技术进行人脸识别、特征比对等工作，实现对人员的识别与追踪。
而现在的刷脸门禁系统，通过摄像头捕捉人脸图像，通过人脸识别或者虹膜识别等技术进行身份认证，进而实现门禁的自动开锁。
其次，视觉传感器技术在医疗设备领域中也有着广泛的应用。
一些医疗设备要求高精度测量，且采集数据需非常快，此时，视觉传感器技术便可以为这些设备提供有效的技术支持。
比如在外科手术中，利用机器人手臂来完成外科手术，便需要视觉传感器技术来提供手术过程中的实时图像信息，以便医生进行手术操作。
再次，汽车工业也是视觉传感器技术应用的重要领域。
现在的许多汽车都有安全带提醒、泊车辅助、自适应巡航等智能功能，而这些功能的实现都需要视觉传感器技术的帮助。
比如，安全带提醒功能，通过摄像头对驾驶员的状态进行监测，当驾驶员没有系安全带时，便会发出警告提示；而泊车辅助功能，则通过摄像头捕捉车辆周边的图像，根据所捕捉到的图像信息进行判断，以便为驾驶员提供正确的泊车路径。
CMOS图像传感器AOI设备中的应用
ｓｅｎｓｏｒ ｏｎ
ＡＯＩ
ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ
Ａｂｓｔｒａｃｔ
Ｕｎｄｅｒ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｔｅｃｈｎｉｃａｌ，ｗｅ ｈａｓ ｈｉｇｈｅｒ ｒｅｑｕｅｓｔ
ｏｎ
ｅｎｅｒｇｙ ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｉｚｅ ｔｏ ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ．Ｖｉｓｕａｌ ｉｎｓｐｅｃｔｉｏｎ ｗｉｔｌｌ
第四章ＣＭＯＳ图像传感器应用于ＡＯＩ设备的研究………………………………・２４ ４．１硬件电路设计总体方案………………………………………………………・２４ ４．２图像采集模块电路……………………………………………………………・２５ ４．３字符叠加程序设计………………………………………………………………２８ ４．４基于ＣＭＯＳ图像传感器ＡＯＩ设备的实验结果……………………………”２９ 第五章本文小结以及后续工作………………………………………………………”３４ ５．１本文工作小结……………………………………………………………………”３４ ５．２后续工作……………………………………………………………………………３４ ５．３致谢……………………………………………………………………………………………………・３４ 参考文献……………………………………………………………………………………３６
ＣＣＤ ｉｍａｇｉｎｇ
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＡＯＩ ｅｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＣＣＤ
ｓｅｎｓｏｒ，ＣＭＯＳ ｓｅｎｓｏｒ
Ｗｒｉｔｔｅｎ
Ｓｕｐｅｒｖｉｓｅｄ
ｂＹ，Ｚｈａｎｇ Ｊｉａｎｓｈｅｎｇ ｂｙ：ｌｉ Ｆｕｈｕａ
Ⅱ
目
第一章
１．１ １．２
序
言………………………………………………………………………………１
CMOS图像传感器在安防摄像机中的应用
随着各式消费性电子的兴起，图像传感器已成为半导体业中最耀眼的明星产品之一，而在图像传感器中，CCD传感器与新兴成长的CMOS Sensor也逐渐找到自己的应用市场，希望成为市场上的主流技术。
CMOS图像传感器与CCD传感器相比具有感光度低、信噪比高的缺点，但是其仍具有低功耗、低成本等优点。
针对全球Image Sensor(影像传感器)IC组件市场分析，2010年全球Image Sensor组件应用市场规模为7.1亿美元，在经过金融风暴的影响后，仍持续呈现正成长趋势。
TRI预估在2012年Image Sensor市场之规模将近8.5亿美元；Image Sensor市场占比尤以CMOS Sensor之比重为高，平均占比约在9成左右。
针对CMOS Sensor市场规模分析，2010年CMOS Sensor组件整体市场规模为6.3亿美元，占整体ImageSensor市场89%，整体市场趋势平均维持90%的区间范围。
而在各项消费性电子搭载的渗透率偏高的状态下，未来成长幅度趋缓进入产业成长成熟期，TRI预估CMOS Sensor在2011年年成长率为13%，未来将追求在技术像素及制造成本上的进步。
CMOS Sensor为摄像机模块应用市场最重要的影像传感器应用组件，其中应用占比最高的为通讯电子商品，占整体CMOS Sensor市场的70%，而CMOS Sensor市场的主要应用包括安全系统、车用系统、PC相关周边应用、数码相机等。
IPad带动的平板电脑市场是CMOS Sensor成长最快的应用市场。
安防摄像机的应用市场占图像传感器市场值1成之间，过去多使用CCD作为影像传感器，近年来CMOSSensor的性能不断提升，开始打入长久为CCD Sensor独占的市场，主要偏向较低价的安防摄像机。
CCD与CMOS的技术特点CCD与CMOS的技术特点主要在于成像过程、集成度、功耗、性能指标等方面。
CMOS图像传感器在安防摄像机中的应用点击此处查看全部新闻图片成像过程CCD和CMOS使用相同的光敏材料，因而受光后产生电子的基本原理相同，但是读取过程不同：CCD是在同步信号和时钟信号的配合下以帧或行的方式转移，整个电路非常复杂，读出速率慢；CMOS则以类似DRAM的方式读出信号，电路简单，读出速率高。
视觉传感器在智能无人机中的应用
视觉传感器在智能无人机中的应用无人机技术的发展日益迅猛，对于无人机的自主飞行、导航以及实时环境感知能力提出了更高的要求。
在无人机的感知系统中，视觉传感器扮演着至关重要的角色。
视觉传感器能够通过图像获取环境信息，并进行处理和分析，从而提供无人机进行决策和行动的重要依据。
本文将探讨视觉传感器在智能无人机中的应用，并介绍其在飞行、目标识别与跟踪、地图建立等方面的具体应用。
首先，视觉传感器在智能无人机中的应用之一是飞行控制。
无人机在飞行过程中需要实时地感知和理解环境，以便进行合适的动作和决策。
其中地面图像的获取和识别是非常重要的一项任务。
利用视觉传感器，无人机可以获取以下信息：地面状况、飞行高度、障碍物位置等。
此外，视觉传感器还可以提供姿态和位置信息以进行自主飞行和导航。
通过分析图像数据，无人机可以实时调整飞行高度、保持稳定的飞行状态以及规避潜在的障碍物，从而确保飞行的安全性和稳定性。
其次，视觉传感器在智能无人机中的应用还包括目标识别与跟踪。
在无人机的任务中，识别和跟踪特定目标是非常重要的。
视觉传感器可以通过图像处理和特征提取算法来实现目标的自动识别。
无人机可以利用视觉传感器获取的图像信息来识别并跟踪目标，比如人、车辆或其他重要的物体。
通过实时跟踪目标，无人机可以快速回应和采取相应的措施，例如监视犯罪行为、捕捉逃犯或提供救援等。
视觉传感器在目标识别与跟踪方面的应用，为无人机增加了更多的智能化和自主化能力。
此外，还有一项重要的应用是地图建立。
视觉传感器可以通过摄像头等设备来获取实时的环境图像数据。
通过对这些图像数据的分析和处理，无人机可以在没有事先建立地图的情况下实现自主导航和路径规划。
无人机可以根据地图建立算法将感知到的环境信息转化为地图数据，进而进行路径规划和导航。
这种无人机自主地图建立和导航功能在搜救、勘测和地理测绘等领域具有重要意义。
视觉传感器的应用为无人机提供了高效、准确的地图建立功能，使得无人机能够在复杂的环境中迅速定位和导航。
CMOS图像传感器基本原理与应用简介
CMOS图像传感器原理与应用简介摘要：本文介绍了CMOS图像传感器器件的原理、性能、优点、问题及应对措施，以及CMOS图像传感器的市场状况和一些应用领域。
Brief introduction of principle and applications of CMOS imagesensorAbstract: This paper introduces the principle, performance, advantages also with the problems and solutions of CMOS image sensor. The market status and applications are also given in this essay.北京航空航天大学李育琦1引言图像传感器是将光信号转换为电信号的装置，在数字电视、可视通信市场中有着广泛的应用。
60年代末期，美国贝尔实脸室发现电荷通过半导体势阱发生转移的现象，提出了固态成像这一新概念和一维CCD(Charge-Coupled Device电荷耦合器件)模型器件。
到90年代初，CCD技术已比较成热，得到非常广泛的应用。
但是随着CCD应用范围的扩大，其缺点逐渐暴露出来。
首先，CCD技术芯片技术工艺复杂，不能与标准工艺兼容。
其次，CCD技术芯片需要的电压功耗大，因此CCD技术芯片价格昂贵且使用不便。
目前，最引人注目，最有发展潜力的是采用标准的CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor 互补金属氧化物场效应管)技术来生产图像传感器，即CMOS图像传感器。
CMOS图像传感器芯片采用了CMOS工艺，可将图像采集单元和信号处理单元集成到同一块芯片上。
由于具有上述特点，它适合大规模批量生产，适用于要求小尺寸、低价格、摄像质量无过高要求的应用，如保安用小型、微型相机、手机、计算机网络视频会议系统、无线手持式视频会议系统、条形码扫描器、传真机、玩具、生物显微计数、某些车用摄像系统等大量商用领域。
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０ 引言
在高度智能化的工业时代，市场要求越来越 多的自动化设备带有机器视觉系统。而图像传感 器是整个机器视觉系统的关键部件。图像传感器 主要有ＣＭＯＳ和ＣＣＤ两大类。近几年，ＣＭＯＳ图像 传感器在灵敏度和动态范围方面获得了很大的发 展，使得其灵敏度大大低于ＣＣＤ的问题逐步得以 解决。其中赛普拉斯 （Ｃｙｐｒｅｓｓ） 半导体有限公司 通过采用一项高填充系数专利，使得ＣＭＯＳ图像 传感器的灵敏度可与ＣＣＤ相媲美，并可通过采用 多斜率技术来获得９０ ｄＢ以上的动态范围。因此， 多数机器视觉产品制造商开始转为使用具有低成 本、低功耗、小尺寸、高灵敏度和高动态范围等 特点的ＣＭＯＳ图像传感器。
１ ＣＭＯＳ图像传感器的选择
为设计出高质量的机器视觉系统，在进行图 像传感器芯片的选择时，通常应遵循三个基本原 则，即：高动态范围、高感光度、高速度。
１．１ 高动态范围
一般在逆光条件下，低动态范围的传感器芯 片获得的图像会出现亮的地方过曝光，而暗的地 方亮度又不够的现象。赛普拉斯图像传感器通过 采用多斜率操作曲线则可使得动态范围在ＳＮＲ保
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图５ ＩＢＩＳ－ ６６００ 图像数据采样流程图
!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!" 本文涉及主要器件联系方式如下： 器件：传感器芯片ＬＯＰＡ－ Ｂ００－ ２、ＩＢＩＳ－ ６６００ 赛普拉斯 （Ｃｙｐｒｅｓｓ） 半Байду номын сангаас体有限公司 电话：０２１－ ６４４８２２３３－ １３８
４ 结束语
随着全球加工制造基地继续向中国迁移，我 们有理由相信，在今后相当长的一段时间里，国 内机器视觉产品市场将会呈现并保持快速增长的 趋势。因此，将来的目标是开发灵敏度更高、动 态范围更宽、集成度更高和成本更低的ＣＭＯＳ图 像传感器芯片，以使设计工程师能更快地研制出 满足市场需求的机器视觉系统产品。
高感光度的ＣＭＯＳ图像传感器允许采用较短
收稿日期：２００６－ １１－ １６
（ａ） 线性斜率光强响应图像 （ｂ） 多斜率光强响应图像 图２ Ｃｙｐｒｅｓｓ不同光强响应的传感器图像
ｗｗｗ．ＣｈｉｎａＥＣＤ．ｎｅｔ ２００７．２
１
第９卷 第２期 ２００７年２月
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｃｏｍｐｏｎｅｎｔ ＆ Ｄｅｖｉｃｅ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ
１．３ 高速度
在应用于高速运动目标监测系统中的机器视 觉系统时，速度慢的ＣＭＯＳ图像传感器芯片捕捉 下来的图像往往会出现严重的拖影现象。这将使 图像处理系统无法完成目标特征的正确提取，因 而不能产生正确的控制信号。因此，图像速度也 是图像传感器的一个重要性能指标。
图像传感器的速度主要与芯片的最高允许工 作频率、像素结构和图像数据读取电路有关。因 此，要获得高速图像传感器芯片，就必须优化芯 片内部电路，减小芯片内部的传输延迟时间、处 理时间、数据建立和处理时间，从而提高芯片的 最高允许工作频率；采用合适的像素结构可获得 高速且效果好的图像信号；增加像素读取通道则 可采用多路像素阵列并行读取电路。赛普拉斯的 １３０万像素的ＬＵＰＡ－ １３００－ ２传感器芯片就可以在 ３１０ ＭＨｚ的工作频率下，通过采用６Ｔ （６个晶体管 像素结构） 和２４路并行数据读取方法来达到５００ 帧／ｓ的１３０万像素图像数据输出速率。
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ｗｗｗ．ＣｈｉｎａＥＣＤ．ｎｅｔ ２００７．２
３
２ 图像传感器ＩＢＩＳ－ ６６００的主要特性
ＩＢＩＳ－ ６６００是赛普拉斯公司推出的一款高性
能图像传感器。该传感器主要有如下技术特性： ◇ １英寸光学格式； ◇ 像素大小：３．５ μｍ×３．５ μｍ； ◇ 有效像素：３００２×２２１０； ◇ 感光度：４．８３ Ｖ／ｌｕｘ－ ｓｅｃ ＠６５０ｎｍ； ◇ 动态范围可达９０ ｄＢ； ◇ ＳＰＩ寄存器控制接口； ◇ １０ Ｂｉｔ模数转换； ◇ 帧 率 ： ５ ｆｐｓ／６００ 万 分 辨 率 模 式 ， ８９ ｆｐｓ／
从图３可以看出，整个机器视觉系统主要包 括五大模块：灯光、镜头、图像传感器、图像处 理和机械执行模块。因此，要设计一个比较好的 机器视觉产品，就必须设计出一个比较好的图像 传感器模块。下面将以赛 普 拉 斯 公 司 的 ６００ 万 ＣＭＯＳ图像传感芯片ＩＢＩＳ－ ６６００为例，简要介绍图 像传感器模块的软硬件设计。
第９卷 第２期 ２００７年２月
新特器件应用
Ｖｏｌ．９ Ｎｏ．２ Ｆｅｂ． ２００７
ＣＭＯＳ图像传感器IBIS－ ６６００ 在机器视觉系统中的应用
艾晓辉
（Ｃｙｐｒｅｓｓ半导体有限公司，上海 ２０００２０）
摘 要：利用Ｃｙｐｒｅｓｓ的ＩＢＩＳ－ ６６００图像传感器可设计出高速、高动态范围的机器视觉系统。 文中介绍了ＩＢＩＳ－ ６６００的主要特性，给出了基于ＩＢＩＳ－ ６６００的机器视觉模块的设计方法。 关键词：机器视觉；图像传感器；高动态范围；高感光度；ＩＢＩＳ－ ６６００
ＶＧＡ模式 （６４０×４８０）； ◇ 可编程控制图像大小、速度、增益、曝光
时间、窗口输出等功能。
３ 基于ＩＢＩＳ－ ６６００的机器视觉模块设计
图３所示是一个机器视觉系统的工作原理图。 当光线照射到物体上时，物体就将光反射进镜 头，然后通过镜头将光聚焦在图像传感器上，再 由图像传感器将光转换为电信号，送到后面的图 像处理模块和机械执行机构，从而完成目标物体 的测量、分析和控制。
持不变的情况下大幅度增加，这一点可由光强和 输出电压之间的分段线性关系表现出来。该传感 器可在整个转换范围内产生一种非线性特性，其 光强响应曲线如图１所示。
图１ 光强响应曲线图
通过使特性曲线的上部变得水平可使模拟数 字转换器的转换范围覆盖整个图像亮度范围，从 而避免明亮区域的小面积曝光过度现象。图２所 示是Ｃｙｐｒｅｓｓ的ＩＢＩＳ、ＬＵＰＡ、ＳＴＡＲ等系列图像传 感器在不同光强下的响应图像。这些传感器由于 采用了多斜率光强响应技术，从而可达到９０ ｄＢ 的动态范围，并避免了逆光图像过曝的现象。 １．２ 高感光度
Ｖｏｌ．９ Ｎｏ．２ Ｆｅｂ． ２００７
的曝光时间、较小的像素尺寸就可获得高速度和 高品质的图像。像素尺寸越小，芯片面积也就越 小，成本也就越低。因此，高感光度是图像传感 器性能指标的又一个重要参数。
要实现高感光度的图像传感器，就必须充分 利用其接收到的为数不多的光子。填充因数与量 子效率的乘积是判断像素感光度的关键指标。量 子效率表示在光子的作用下所生成的电子数量。 几何填充因数则是感光像素面积所占的百分比。 由于一个ＣＭＯＳ像 素 只 有 一 部 分 能 够 “ 看 见 东 西”，这与ＣＣＤ传感器是不同的。因此，实现高 填充因数是其主要的目标之一。
图３ 机器视觉系统框图
３．１ 硬件设计
图４所示是ＩＢＩＳ－ ６６００的典型电路配置。ＳＰＩ接 口 （图中的ＳＰＩ＿ＤＡＴＡ、ＳＰＩ＿ＣＬＫ、ＲＥＧ＿ＣＬＫ） 是 图像传感器模块的寄存器配置端口。Ｄ０￣Ｄ９是图 像传感器模块与图像后端处理模块的数据接口。 ＹＳＴＡＲＴ、ＹＣＬＫ、ＰＩＸＶＡＬ、ＥＯＬ、ＥＯＦ是图像传 感器模块与图像后端处理模块的控制接口，其 中，ＹＳＴＡＲＴ是帧开始控制信号；ＹＣＬＫ是行开始 控制信号； ＥＯＬ是行数据结束标志；ＥＯＦ是帧数
２
２００７．２ ｗｗｗ．ＣｈｉｎａＥＣＤ．ｎｅｔ
第９卷 第２期 ２００７年２月
新特器件应用
Ｖｏｌ．９ Ｎｏ．２ Ｆｅｂ． ２００７
图４ ＩＢＩＳ－ ６６００ 电路配置
据结束标志信号；ＰＩＸＶＡＬ是像素数据有效信号。
３．２ 软件设计
由硬件设计可以看出，图像后端处理模块要 完成一帧数据图像的采样并不难，只需提供帧开 始和行开始信号，图像传感器芯片就能输出图像 数据和数据有效信号 （ＰＩＸＶＡＬ），然后由图像后 端处理模块根据ＰＩＸＶＡＬ信号有效的标志进行一 帧图像数据的采样。图５所示是ＩＢＩＳ－ ６６００传感器 芯片的图像数据采样流程图。
赛普拉斯通过利用一项专利技术，使其采用 ＣＭＯＳ工艺的有源像素传感器拥有了高填充因数。 它把采用标准ＣＭＯＳ工艺时的硅芯片表面的大多 数惰性／非光敏部分转换成了感光区域，从而提 高了图像传感器芯片的感光度和灵敏度。其代表 产品如赛普拉斯的１３０万像素图像传感器ＬＵＰＡ－ １３００－ ２，该芯片的灵敏度高达２５ Ｖ／Ｌｕｘ－ ｓｅｃ。