先进的工业CMOS图像传感器，专为扫描应用而生

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，实现数年前两倍大小的像素才能达到的光电性能。

　　现代制造和物流配送中心需要通过提高输送速度、扩大视野和工作范围来提高生产力水平。然而，这会受到使用更传统的4:3或正方形机器视觉CMOS图像传感器（具有冗余垂直像素多和帧率较低等严重缺点）的常规自动检测和扫描相机的制约。

　　新型CMOS图像传感器在市场上兴起，专门为扫描应用设计，代表着工业应用向前迈出的重要一步。这些传感器使用最先进的低噪声全局快门像素技术，实现数年前两倍大小的像素才能达到的光电性能。通过小尺寸和与封装的机械中心相匹配的光学阵列可以为设计轻薄的移动相机和模组，提供强大的解决方案，并实现针对小型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、无人机和机器人的紧凑移动设计。

　　其中有些是2.4:1的宽格式，这使得它们特别适合快速移动的物体或更宽传送带上的条形码。它们还可以以1.2GHz的2通道MIPI CSI-2接口无缝连接到CPU、ISP、DSP芯片组。

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。

　　这不仅仅是尺寸问题，扫描快速移动的物体需要非常短的积分时间，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，然后需要信号增益产生适当的灰度和对比度。还有额外的光学方面会进一步减少可用的光子（甚至在它们到达图像传感器之前）。由于其中一些应用中要求的宽距离成像，需要F-number较大的镜头来确保图像能充分对焦。F-number越大意味着前光阑越小，从而减少到达传感器上的可用光。如前所述，增加曝光时间并不可行，因此，如果传感器的低光信噪比不佳，那么唯一的选择是增加照明，从而带来LED、电源和更严格的散热管理设计等额外成本，以限制传感器暗信号噪声的增加（通常结温每增加6到8度翻一倍）。

　　这款新一代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）来满足这些弱光挑战，实现典型值为3个电子的总读出噪声。此外，具有零间隙微透镜的先进双光导设计最大限度地将光耦合到像素的光敏区域，以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。

　　图像质量的进一步讨论需要囊括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。高暗信号非均匀性（DSNU）往往在图像中导致更多的可见VFPN/HFPN，即使使用补偿技术也是如此。

　　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，设备制造商正在进行价格竞争，利润率受到侵蚀。由于其更高的分辨率和独特的宽比例格式，这些新型扫描专用工业CMOS传感器的面世带来了一个升级，可以实现更长或更宽的扫描范围。这对需要更大的区域/视场的零售和物流扫描领域颇有帮助。与现有解决方案相比，终端用户将从更快的传送带和更大的吞吐量中受益。

　　小巧的体积也使这些新型传感器成为小型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确保紧凑的扫描引擎具有更高的工作范围和更长的电池自主性，非常适合手持和移动应用程序。一些传感器还嵌入特定的条形码阅读功能用于快速扫描，如快速唤醒，实现通电后10毫秒内解码第一帧。

　　文件扫描还需要的宽比例格式，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。

　　未来趋势和应用

　　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还逐渐用于对象识别，这样水果、蔬菜和难以阅读的标签就可以在不受干预的情况下通过自助结账，改善顾客的购物体验。RGB传感器可以提供增强的对象识别，为传统的条码读取保持足够的空间分辨率。

　　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。过去这些应用集成正方形格式的阵列，但现在全高清格式已经成为主流，其中一些传感器可以通过裁剪或在水平方向上进行2 x 2像素合并来实现这一点，从而使单一相机设计满足所有的要求。

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或用于将货物从一个地方运输到另一个地方的机器人设备使用2D条形码阅读器来识别货物或箱子，并在工厂车间内穿行。为了安全和避免碰撞经常要用到3D技术，而利用这些更小尺寸的新型图像传感器可以轻松设计小型立体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显著提高。这些传感器也可以成为这些系统的眼睛。

　　因为体积小、重量轻、功耗低，先进CMOS传感器还可以应用于无人机或远程物联网相机。全高清图像格式兼容16:9显示器，使这些设备自然适合远程视觉检查或监视应用。内部温度感应甚至可以提供额外的环境信息和/或校正与温度相关的工件。

　　由于其小体积，基于传感器的口腔内2D或3D相机将让牙科受益。同样地，用于牙科匹配应用的彩色相机也可以实现。

　　一个日益增长的相关领域是医疗护理点扫描产品。这些是多功能手持终端，使病人可以在家中与医生通过视频通话进行医疗检查。由于隔离和家庭护理需求，新冠肺炎疫情显著提振了这一市场。相机是这些需要执行广泛功能（例如放大区域和监测术后疤痕组织的进展）的终端的组成部分。同样的相机还需要完成其他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。