視覺系統(tǒng)在許多應用中日益普及，提高了人們的整體生活質量。無論是檢查食品缺陷的幕后工作、拍攝華麗的電影、在當?shù)仉s貨店掃描條形碼，還是通過視頻會議連接全球各地的家人、朋友和同事，這些系統(tǒng)都已成為我們日常生活的一部分。優(yōu)化相機設計是一項極具挑戰(zhàn)性的任務，它涉及到許多元器件，所有這些元器件都需要無縫協(xié)作才能完成任務。因此，能夠優(yōu)化開發(fā)工作的工具和流程是確保這些設計快速發(fā)展、進一步改進的關鍵步驟。

在許多工業(yè)和消費應用領域，安森美（onsemi）都以成為感知領域的領導者而自豪，并不斷努力提高我們的合作伙伴和客戶的效率。我們致力于制造世界一流的傳感器，但設計開發(fā)工具和構建生態(tài)系統(tǒng)同樣重要。為了顯著改善開發(fā)階段，開發(fā)人員急需一個預先優(yōu)化過的成像子系統(tǒng)。安森美開發(fā)了一個高級圖像傳感器模塊參考設計 (Premier Reference Image Sensor Module，PRISM) 生態(tài)系統(tǒng)，大大縮短了原型開發(fā)周期，進一步減輕了工程負擔，提高了相機質量，并最終幫助我們的客戶實現(xiàn)產品快速上市。它適用于早期傳感器評估、生態(tài)系統(tǒng)開發(fā)、系統(tǒng)原型構建、系統(tǒng)概念驗證程序以及快速轉換到大規(guī)模量產。本文為第一部分，將介紹相機的基本構成要素與傳統(tǒng)相機的開發(fā)階段。

相機的基本構成要素

在開始開發(fā)之前，選擇適合應用的完美傳感器對于開發(fā)階段的成功至關重要。以下是評估和開發(fā)相機所需的五個基本構成要素：

1. 鏡頭：將光線聚焦到傳感器上，必須與傳感器的光學格式完美匹配，以實現(xiàn)所需的視野、景深和傳感器的有效分辨率。

2. 傳感器：將光波聚焦到像素陣列中，對特定顏色進行多次優(yōu)化，可讀出數(shù)百萬個像素供后續(xù)處理。

3. 接口：圖像傳感器與處理器之間的連接。經常被忽視的是速度和物理接口必須能夠與圖像信號處理（ISP）和/或系統(tǒng)芯片（SoC）進行通信。

4. ISP/處理器：圖像信號處理器處理從圖像傳感器獲得的原始數(shù)據(jù)，通過視覺圖像或特定目的的機器視覺來產生期望的結果。

5. 應用軟件：圖像處理完成后，根據(jù)最終應用的預期目標使用該圖像。

相機的基本構成要素及開發(fā)時間示例

安森美的 PRISM 系統(tǒng)以模塊化形式提供優(yōu)化鏡頭、傳感器和接口的預先調試好的解決方案。借助 PRISM 的擴展生態(tài)系統(tǒng)，系統(tǒng)開發(fā)人員可以輕松地將 PRISM 集成到 ISP/處理器和應用軟件中。

傳統(tǒng)相機開發(fā)階段

傳統(tǒng)的相機設計分為五個主要開發(fā)階段。本節(jié)將簡要介紹這些階段以及相機開發(fā)工程師面臨的一些主要挑戰(zhàn)。

1. 評估：在此階段，設計人員使用評估工具對圖像傳感器進行評估，分析其性能和合格性。主要挑戰(zhàn)包括獲取評估所需的硬件和軟件，以及具備足夠的圖像傳感器知識和經驗，以正確地對圖像傳感器進行合格性認證。此外，用于實際測試的外形開發(fā)也會延長這一階段的時間。

2. 原型開發(fā)：在原型開發(fā)階段，需要收集反饋信息，以優(yōu)化系統(tǒng)設計。為此，開發(fā)人員需要了解所選圖像傳感器的主要功能、優(yōu)勢和優(yōu)點，以及實現(xiàn)和與后端處理器的集成。

3. 傳感器/SoC 驅動器和調優(yōu)：這一階段的重點是為系統(tǒng)芯片 (SoC) 開發(fā)傳感器驅動程序，以連接、控制和操作圖像傳感器。通過調優(yōu)圖像傳感器，可使其具有最佳特性，并在 SoC 中具有適當?shù)膮?shù)、圖像信號處理器和其他功能。調優(yōu)需要對傳感器和圖像信號處理器有深入的了解，通常是設計中耗時較長的部分之一，需要針對應用完善圖像。

4. 應用開發(fā)：應用開發(fā)階段可使帶有 SoC 的圖像傳感器在實際使用案例和場景中實現(xiàn)理想的圖像性能。應用可能要求圖像器件在特定或有時苛刻的光照條件下發(fā)揮其極限性能。

5. 生產就緒：這一階段將工程版本轉化為生產就緒設計。要易于在裝配線上生產，對長期相機系統(tǒng)壽命以及所有相機元件的精密工具具有可靠的質量保證。

根據(jù)不同的應用，這一過程可能需要 20 周到 2 年的時間才能完成。正因為如此，不難理解為什么改進這一階段如此重要。安森美開發(fā)的PRISM生態(tài)系統(tǒng)正是考慮到這一點，下一次我們將重點介紹安森美的PRISM生態(tài)系統(tǒng)及其工具（http://www.antipu.com.cn/article/202502/466712.htm）。