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　　隨著圖像系統的應用日益多樣化，對攝像頭系統的要求和設計約束也更為繁多。但基本原理并未改變：要做的就是快速準確地在一維或兩維中定位攝像頭；調焦、取像并處理圖像。但是圖像系統現已被用于多種不同的應用和環境中，從監控、安防到工業機器視覺和程序控制，以及車輛上的避障和盲點輔助，無所不包。結果導致對設計的要求不斷增加，比如降低功耗、減小尺寸，在安全關鍵的應用中，還需要具有切實可信的可靠性。同時，這些新應用本身的要求更為苛刻：系統需要更快地取像，并執行更多的處理任務。它們也需要在各類條件下工作：比如，在光線強度變化的條件下， 同時它們也要耐受（并且按規格運轉）嚴酷的環境，比如在工業環境和車輛中會遇到的各類情況。

　　在系統層面，這些不斷增加的要求使得系統集成商和應用開發商們越來越多地轉向他們的供應商以尋求幫助。他們需要將全部時間和資源用于真正能為他們帶來增值的業務：能夠真正實現應用并提供最佳圖像，這一問題往往非常復雜。能夠為系統開發商提供幫助的是，供應商的工程師們對照相機如何定位并聚焦、是否有適量的光線到達傳感器或者變焦鏡頭設置是否正確等“最基本的技術問題”進行了考慮。結果導致攝像頭制造商現在面臨前所未有的壓力，需要提供能夠在較高水平控制，同時又結合了易用性的產品。實際上，朝自動或智能攝像頭發展的趨勢，可以看作是上述趨勢的必然延伸。

　　在系統集成商和應用開發商向攝像頭供應商尋求幫助的同時，攝像頭以及嵌入式視覺傳感器制造商也遇到了類似情況，他們都寄望于零件制造商能簡化他們的工作。因此，半導體行業開始引入集成了許多必要功能的多種專用IC，這些功能中有一些原本是在軟件中應用的。

　　IC解決方案

　　這一性能非常關鍵的一點，就是CMOS圖像傳感器IC的改進，它可將傳感功能與控制處理功能完美地結合在一起。再加上成熟的軟件和IP，以及種類越來越豐富的混合信號運動控制器件，所以這些都極大簡化了智能攝像頭的設計和實現，賦予設計人員充分的自由，使他們能夠將精力集中于可以增加價值及提高競爭優勢的應用方面。

　　混合信號特定應用標準產品 (ASSP)能夠提供運動控制和傳感器技術，這些器件可以結合使用，組成一個完整的系統。檢查和機器視覺應用往往要求運動為三維形式，這通過步進電機控制實現，對速度和準確度都有非常嚴格的要求。運動控制的傳統解決方案包括數字信號處理器 (DSP) 的使用、提供解碼器輸入和電機輸出的某類定制邏輯電路及一組模數和數模轉換器（ADC和DAC），還需要與主機系統連接的接口。

　　單芯片運動控制

　　通過將總線連接、定位、控制電路和電機驅動器集成于單一封裝，步進電 機控制器等設備可以取代大量的運動控制電路。它們為遠程和多維定位應用提供微型、高集成度的解決方案。其中包括采用LIN接口或串行連接，因為它們的截面高不到1mm，占用面積為7mm x 7mm，可以幫助設計人員滿足日益增長的小型化需求。圖2顯示了一個 IC 的框圖，它提 供集成的阻轉 檢測和連續轉動功能，核心是一個數字運動控制器和50mA-800mA的雙極兩相步進電機驅動器。這種驅動器提供微步進操作，因此不需要在速度、噪聲和共振導致的失步之間進行權衡。運動控制器提供可編程峰值電流，采用20kHz PWM電流控制方案。

　
　　器件通過它的 LIN 或 I 2 C 接口接收頂層位置指令，并驅動電機線圈到需要的位置，無論它們的起始位置在哪里。運動控制器可以進行配置，通過它的LIN/串行接口或一次性編程 (OTP) 存儲器，與一系列不同尺寸的步進電機配合使用。該配置過程包括一次性設定正確的運動參數，這些參數包括微步進分辨率、運行電流、保持電流、加速度和減速度。在 AMIS-30623 和 AMIS-30624 步進電機控制器中，一個內置的“審核模式”可以使設計人員檢驗選定的運動參數是否與應用要求相匹配。

　　L IN 接口選項可與遠程應用完美搭配：使用總線型系統不僅可以減少布線，還能提高 EMC 性能，這在汽車應用環境下是重要的考量因素。I 2 C 版本更適合在單個 PCB 上作為微控制器外圍器件使用。在兩種情況下，AMIS-30623 和 AMIS-30624都能有效作為主驅動器或控制器的輔助器件，可以獲取實際位置和錯誤標記等狀態信息，以確保系統整體平穩運轉。

　　使用高層命令接口具有幾個優勢：它減少了主設備端的處理器負載；意味著應用程序可以方便地進行擴展：更為復雜的實施中，處理器負載不會顯著增加；它也使模塊化硬件和軟件設計成為可能，從而在進行初始開發以及擴展性兩方面獲益。

　　為了提供最大程度的靈活性，器件的供電電壓從8V至29V均適用：典型的100μA睡眠模式供電電流，保證它們能夠用于對功耗最為敏感的應用中。可選的無傳感器停轉檢測功能防止位置控制器失步，并在電機阻轉時停止電機。在初始參考運行時通過執行精確的位置校準，它還允許在接近機械終點止動位時執行半閉路運行。因為不需要外部傳感器，并且阻轉檢測功能不需要額外的程序改變，因此可以快速、輕松并經濟有效地執行阻轉檢測。

　　取像和處理 ASSP

　　在 定位時，變焦和焦距控制是所有圖像傳感器基本操作中的重要部分，今天的視覺系統往往要求設計中的光學部分實現更高的性能和更快的上市時間，并且能與相關的運動控制部件輕松整合。典型例子包括汽車行業新興的“實時”智能攝像頭應用，例如車內駕駛員輔助功能，包括后視停車輔助、盲點檢測、障礙檢測和避障功能。這類應用需要在所有駕駛和光線條件下實時執行準確的邊緣和模式識別，因此需要高信噪比 (SNR) 的快速傳感器。隨著汽車行業向“線控駕駛”進一步發展，這類需要會日益迫切。

　　通常，這些應用與惡劣的環境相關，并需要在很差的照明條件下（或甚至在紅外光譜中）工作。這些功能對于上文中略述的機動車系統的重要性顯而易見，它在安全應用、交通控制系統或要求更為苛刻的流程監控以及焊接控制和機器視覺系統等工業應用中，也都占有同等重要的地位。

　　C MOS 圖像傳感器可幫助設計人員應對這些挑戰，如圖3所示。這一高性能的 CMOS 設備為同時要求高工作溫度范圍(?40℃至105℃)和高動態范圍(最高120dB)的應用進行了優化。它集成了高速片內 ADC，器件通過一個 RS232 接口可以實現分辨率750 x 400、刷新頻率為60f/s的顯示以及縮小的興趣點更高的刷新頻率。

　　為了消除在抓取快速移動的場景時圖像失真的情況，有些圖像傳感器可能會使用全局快門技術。與使用“卷簾式快門”的CMOS傳感器不同，此傳感器的每一像素都在同一時刻感光，減少運動偽影的出現。其中的很多優勢，以及器件不會出現延遲或拖尾情況而獲取高對比度圖像的能力，都是由于引入了 LinLog技術。它在低照明條件下采用線性響應，在高亮度條件下則采用對數壓縮，克服了純對數圖像傳感器的缺點。

　　在一個典型的對數探測器中，對應每一像素的光電流直接被轉換為電壓信號，與入射光線的亮度呈對數關系。實質上，不存在“曝光時間”。其長處是傳感器可以以完全隨機的時間間隔進行讀取，缺點是其固有的順序尋址系統在對移動物體進行成像時，會構成一個虛擬的“卷簾式快門”，此外，系統不能在脈沖照明的情況下使用，因為在這種情況下脈沖沒有同步對象。

　　LinLog 由位于蘇黎世的 CSEM 開發，它結合了全局快門，并對響應曲線中照明強度的上半區間進行對數壓縮。它可以對兩個響應曲線間的轉換區域進行平穩調整，保證過渡區域的單調性及光滑度，以杜絕偽影和不連貫情況的出現。總體來說，系統可以獲取極高對比度的圖像，在低照明水平下實現最大限度的靈敏度，同時減少固定模式偏移以及對數傳感器中有時出現的增益噪音的影響。這一功能對于需要在光線變化的條件下進行操作的應用極為重要；例如，需要在強光線照射傳感器時仍能對物體進行識別，比如大 燈照到后視系統，在交通控制或安全監控照相應用中面對落日的情況。

　　這一技術使系統的設計人員在千差萬別的照明條件下，大大節省了時間和資源。為了更輕松地實現整合，設備有幾種獲取模式可供使用。第一種為“自由運行”，它在沒有外部 控 制信號的情況下取像。傳感器在設定的積分時間后進行讀取，然后再重置：有多種控制標志和信號用于系統同步，同時還提供握手信號(handshaking)幫助與 CameraLink 等接口規格保持一致。

　　此 外，傳感器可以由外部脈沖觸發，在預設的曝光時間和輸出數據后讀取圖像。同樣，多種控制標志和狀態信號可以指示數據何時輸出并有效，然后，照相機等待下一次脈沖觸發。

　　器件也可在可編程模式下使用，提供更為靈活的攝像頭應用方案：例如，設定對數響應曲線以及線性和對數區域之間的轉換點。在不需要高對比度的情況下，也可將傳感器設成純線性模式。在低照明高幀率的極端情況下，skim 模式采用與伽馬校正類似的非線性放大，與更大的信號相比，它可以提高小信號輸出水平。LinLog 轉換點甚至可在傳感器積分時間內進行調整，產生一組與連續轉換所產生的曲線不同的響應曲線。

　　總結

　　新一代傳感器和運動控制器件創造的便利條件，使視頻系統設計人員能夠在其設計中使用成熟可靠的解決方案、軟件和 IP，而不會失去他們需要的靈活性。更為智能化、可在更高層面進行控制的攝像頭應用成為大勢所趨，這使得系統集成商可以將更多精力放在產品的價值上，而不是在定位、對焦和照明等低層面細節上耗費時間。隨著這一發展態勢的繼續，它們將促使視頻系統以更低的成本、更快的上市時間在更為復雜的應用中得已實施。