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4883    2018-09-29

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图像传感器推动工业4.0的关键进展(转载)

来源:控制工程网 http://article.cechina.cn/18/1002/10/20181002102609.htm

  随着制造业自动化的最新趋势推动工业4.0“智能工厂”的采取,需要对视觉系统进行持续改进变得至关重要。然而,要推动这种一直提高的自动化和控制水平,也必须推进使这些系统发挥效用的器件-包含用于工业视觉摄像机的图像传感器,能力使这互联的未来成为可能。对于任何给定的器件,这些进展的范围最终将在整个数据表中体现,所涉及的高水平趋势可以分为几个主要领域。


  在几乎每一个成像应用中,改进的成像能力通常与提高分辨率的需求密切相关——提供更多的像素到物体上以更好地解决其特征。对于图像传感器,可以通过减小像素尺寸(以给定的光学格式实现更高分辨率)或转向更大的器件来满足这种需求。但是对于工业成像而言,这种朝向更高分辨率发展的趋势需要保存(甚或提高)器件的帧速率。因此,除了更高的分辨率之外,图像传感器还需要提供增加的带宽——芯片每秒的数据量,以提高图像分辨率而不减慢生产线速度。重要的一点是随着计算机接口(如USB 3.1、10GigE等)的速度一直增加,图像传感器的带宽在整个系统的数据流中不构成数据瓶颈。


  推动实施工业4.0的一个关键因素,是通过在整个工厂楼层安排智能摄像机,嵌入式成像技术的兴起。然而,要想获得高效率,这些嵌入式摄像机必须是紧凑的,以最小的功耗工作,而且本钱低-通过从多方面选择用于摄像机设计的图像传感器,使这些因素成为可能。

  例如,实现紧凑的摄像机,不仅要使用小像素图像传感器,还要将实施一个完整摄像机设计所需的支持电路最小化的架构。通过对图像传感器使用低压输出,可降低功耗,这使得在整个摄像机设计过程中都使用低功耗器件成为可能,而且通过在图像传感器设计中明智的选择,可以控制本钱-不仅对于图像传感器,还对于摄像机的整个物料单。


  此外,虽然一些工业应用需要目前只有CCD图像传感器能力提供的关键图像质量和图像均匀性,但由于CMOS图像传感器具有扩展的特征集(包含高数据带宽),当今许多工业成像应用通常依赖CMOS图像传感器。虽然对于许多应用,这些CMOS器件提供的图像质量已经足够了,但仍有提高整体图像质量的可能,特别是在通过减少固定模式噪声来实现图像均匀性等领域。


  为了实现这些进步,图像传感器供应商不仅需要专为工业市场开发的技术,还需要为其它类似的成像市场开发的技术。最初为汽车和安防成像而开发的高动态范围(HDR)设计可以适用于工业视觉,以便在可能无法很好控制照明的情况下提高成像能力。最初为汽车或消费电子市场设计的小像素架构,可以直接被采取,也可以扩大到更大的格式,以提供更大的像素全井容量。(这种技术可利用到两个方向-为工业视觉开发的全局快门像素架构也可以转向用于其它类似的应用中。)此外,3D TOF、多光谱和高光谱成像等新兴技术的使用将随着这些技术的成像能力与所需的更大处理能力相一致而继续扩大以充分利用。

  虽然所有这些图像传感器趋势-增加的带宽、更支持嵌入式视觉系统、提高图像质量和均匀性以及技术的平衡利用-都可以归为“提高的性能”,但每一种趋势都对工业视觉系统的继续采取及其向未来的“智能工厂”的扩展发生单独而重要的影响。随着制造业所使用的自动化和系统智能水平一直提高,视觉系统-以及使其发挥效用的图像传感器-将继续在这些技术的实施中发挥至关重要的作用。



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