Dans les systèmes de vision embarqués, le processeur de signal d'image (ISP) est l'unité centrale pour l'optimisation de l'image et l'amélioration de la qualité de l'imagerie. Dans les solutions traditionnelles, l'ISP existe souvent indépendamment du capteur CMOS, nécessitant un espace supplémentaire sur la carte mère et des ressources système. Les capteurs CMOS avec un ISP intégré utilisent une conception "capteur + ISP" intégrée, ce qui peut simplifier considérablement l'architecture du système, réduire les coûts de développement et améliorer le traitement des données en temps réel. Ils conviennent largement à de nombreuses applications telles que l'électronique grand public, la vision industrielle et la surveillance de sécurité. Cet article présentera les principales puces de capteurs CMOS avec ISP intégré des principaux fabricants et analysera leurs caractéristiques techniques et les scénarios d'application appropriés.
Actuellement, les principaux fabricants de CMOS tels que OmniVision, Sony, Samsung et ON Semiconductor ont tous lancé des séries de produits avec des ISP intégrés, couvrant les gammes basse, moyenne et haute résolution pour répondre aux divers besoins d'application.
OmniVision a une disposition complète dans le domaine des capteurs CMOS avec ISP intégré, offrant des produits qui répondent aux exigences des consommateurs et de l'industrie, avec des avantages clés en termes de rentabilité et de faible consommation d'énergie.
OV5640/OV5645: En tant que capteurs 5MP d'entrée de gamme, l'OV5640 (y compris certains modèles dérivés) intègre un module ISP de base prenant en charge des fonctions fondamentales telles que l'exposition automatique (AE), la balance des blancs automatique (AWB) et la réduction du bruit. Avec une résolution maximale de 2592×1944 et une interface MIPI CSI-2, il peut directement sortir des données d'image optimisées sans puce ISP supplémentaire. Cette série se caractérise par une faible consommation d'énergie et est largement utilisée dans les terminaux de vision industrielle d'entrée de gamme, les caméras de surveillance intelligentes, les appareils de numérisation portables et d'autres scénarios, particulièrement adaptés aux projets sensibles aux coûts nécessitant une conception de système simplifiée.
OV13850/OV13855: Cette série haute résolution de 13MP intègre un ISP haute performance prenant en charge des fonctions avancées telles que la composition HDR (High Dynamic Range), l'amélioration des contours et la correction des couleurs. Son ISP peut supprimer efficacement l'écrêtage des hautes lumières et améliorer les détails des ombres, ce qui le rend adapté aux scénarios exigeant une qualité d'image supérieure, tels que les caméras intelligentes haut de gamme, les équipements d'inspection industrielle et les terminaux d'imagerie médicale.
Les capteurs de la série IMX de Sony sont réputés pour leur haute qualité d'image. Les modèles avec des ISP intégrés se concentrent principalement sur le marché milieu de gamme à haut de gamme, offrant des performances ISP puissantes et une prise en charge d'algorithmes d'optimisation d'image complexes.
IMX219: Ce capteur 8MP intègre le module ISP développé par Sony, prenant en charge le HDR, le contrôle de la mise au point automatique (AF), les algorithmes de réduction du bruit, etc. Utilisant la technologie Back-Illuminated (BSI), il offre d'excellentes performances d'imagerie en basse lumière. L'ISP peut traiter rapidement les données d'image et sortir des images de haute qualité au format YUV/RVB. Il est largement utilisé dans les cartes de développement Raspberry Pi, les modules de vision de robots intelligents, les caméras de surveillance HD, et est un choix courant pour les projets de vision embarquée milieu de gamme à haut de gamme.
IMX477: Ce capteur plein format de 12,3MP est équipé d'un ISP haute performance prenant en charge le HDR 10 bits, le contrôle de l'exposition multi-zones et l'optimisation de la reproduction des couleurs. Son ISP peut traiter avec précision les données d'image capturées par le capteur de grande taille, équilibrant la qualité de l'image et la vitesse de traitement. Il convient à l'inspection industrielle de qualité professionnelle, aux caméras de sécurité haut de gamme, aux équipements de photographie aérienne et à d'autres scénarios avec des exigences extrêmement élevées en matière de précision d'imagerie et de plage dynamique.
Les capteurs CMOS de Samsung avec ISP intégré se caractérisent par une intégration élevée et une faible consommation d'énergie, ciblant principalement l'électronique grand public et les applications industrielles légères.
S5K3P9: Ce capteur 13MP intègre un module ISP prenant en charge le HDR, l'exposition automatique, l'étalonnage de la balance des blancs et d'autres fonctions. Sa conception compacte, combinée à une interface MIPI, facilite l'intégration dans des appareils à espace limité tels que les caméras frontales de smartphones, les terminaux intelligents portables et les petits appareils de surveillance.
S5K2L7: Cette série 8MP à faible consommation d'énergie est dotée d'un module ISP optimisé pour le contrôle de la consommation d'énergie, prenant en charge les fonctions d'optimisation d'image de base. Il convient aux appareils mobiles alimentés par batterie, aux terminaux de vision IoT et à des scénarios similaires.
Les capteurs CMOS d'ON Semiconductor avec ISP intégré mettent l'accent sur la fiabilité de qualité industrielle, capables de s'adapter aux environnements de travail difficiles. Leurs fonctions ISP sont adaptées aux besoins de la vision industrielle.
AR0234: Ce capteur de qualité industrielle 2MP intègre un ISP de qualité industrielle prenant en charge des fonctions telles que la correction des pixels défectueux, la correction de l'ombrage de l'objectif et la réduction du bruit. Il peut fonctionner de manière stable dans une large plage de températures de -40°C à 85°C. Les données d'image sorties par son ISP sont très précises, ce qui le rend adapté aux scénarios industriels tels que le guidage de la vision robotique, la détection des défauts sur les chaînes de production et la surveillance des véhicules.
AR0521: Cette série à fréquence d'images élevée de 5MP est dotée d'un ISP prenant en charge le traitement d'image à grande vitesse, correspondant à une fréquence d'images de sortie allant jusqu'à 60 ips. Il convient aux applications industrielles nécessitant des performances en temps réel élevées, telles que la détection d'objets en mouvement à grande vitesse et la capture de vision sur les chaînes de production.
Architecture système simplifiée: La conception intégrée élimine le besoin d'une puce ISP séparée, des modules de gestion de l'alimentation associés et des circuits de connexion, réduisant l'encombrement de la carte mère et la complexité de la conception matérielle. Ceci est particulièrement bénéfique pour les appareils embarqués miniaturisés et légers.
Performances en temps réel améliorées: Les données d'image capturées par le capteur peuvent être traitées directement dans la puce, éliminant ainsi le besoin de transmission vers un ISP externe. Cela réduit la latence du transfert de données et améliore les performances en temps réel de la sortie d'image, ce qui le rend adapté à l'inspection visuelle à grande vitesse, à la surveillance en temps réel et à des scénarios similaires.
Réduction du développement et des investissements en coûts: Il n'est pas nécessaire de développer séparément des pilotes ISP et des algorithmes d'optimisation d'image. Les fabricants fournissent généralement des packages de pilotes et des SDK matures, ce qui raccourcit les cycles de développement des produits. De plus, la réduction du nombre de puces réduit les coûts d'acquisition et de fabrication du matériel.
Contrôle optimisé de la consommation d'énergie: La conception intégrée permet une gestion coordonnée de l'alimentation entre le capteur et l'ISP, ce qui se traduit par une meilleure efficacité énergétique par rapport aux solutions discrètes. Ceci est avantageux pour les scénarios à faible consommation d'énergie tels que les terminaux mobiles alimentés par batterie et les appareils IoT.
Résolution et exigences de qualité d'image: Choisissez une résolution correspondant au scénario d'application. Par exemple, la surveillance d'entrée de gamme peut sélectionner des modèles inférieurs à 5MP (par exemple, OV5640), tandis que l'inspection industrielle professionnelle peut nécessiter des modèles supérieurs à 10MP (par exemple, IMX477). De plus, tenez compte des fonctions prises en charge par l'ISP telles que le HDR et la réduction du bruit pour garantir que les exigences de qualité d'image sont satisfaites.
Adéquation au scénario d'application: Pour les scénarios industriels, privilégiez les modèles avec de larges plages de températures et de fortes capacités anti-interférences (par exemple, la série ON Semiconductor AR). Pour l'électronique grand public, concentrez-vous sur les modèles à faible consommation d'énergie et à petit facteur de forme (par exemple, la série Samsung S5K). Pour les scénarios de détection à grande vitesse, faites attention à la fréquence d'images de traitement de l'ISP (par exemple, AR0521).
Interface et compatibilité: Vérifiez la compatibilité entre l'interface du capteur (par exemple, MIPI CSI-2, DVP) et la puce de contrôle principale pour éviter les obstacles de développement causés par une incompatibilité d'interface.
Support technique du fabricant: Privilégiez les fabricants qui fournissent des pilotes, des SDK et une documentation technique complets afin de réduire la difficulté de développement et d'assurer le bon déroulement du projet.
Les capteurs CMOS avec ISP intégré offrent des avantages significatifs en simplifiant l'architecture, en réduisant les coûts et en améliorant les performances en temps réel grâce à leur conception intégrée, ce qui en fait un choix courant pour les systèmes de vision embarqués. Les produits des différents fabricants ont leurs propres points forts : la série OmniVision se distingue par son rapport coût-efficacité, la série Sony excelle en qualité d'image, la série Samsung offre une forte adaptabilité avec une faible consommation d'énergie, et la série ON Semiconductor se concentre sur la fiabilité de qualité industrielle. Lors de la sélection d'un modèle, il est crucial de faire correspondre précisément le modèle de puce aux exigences spécifiques du scénario d'application en matière de résolution, de qualité d'image et d'adaptabilité environnementale afin de maximiser la valeur technique de la conception intégrée.
