IC xử lý tín hiệu CCD cho Hình ảnh Chính xác

Smartphone gần như đều sử dụng cảm biến CMOS, nhưng có rất nhiều ứng dụng phụ thuộc vào cảm biến CCD. Máy ảnh chụp ảnh tĩnh độ phân giải cao, hình ảnh thời gian bay (time-of-flight imaging), camera video CCTV, và nhiều ứng dụng chụp ảnh hoặc đo lường chính xác khác sử dụng cảm biến CCD và yêu cầu một IC để xử lý tín hiệu. Bộ xử lý tín hiệu CCD hoạt động ở một loạt tốc độ và độ sâu bit, cung cấp một loạt độ sâu màu và tốc độ khung hình cho nhiều ứng dụng.

Điểm tuyệt vời của những bộ chipset này là chúng tích hợp các thành phần xử lý tín hiệu quan trọng vào một gói duy nhất, thay vì buộc một nhà thiết kế phải tự xây dựng chúng từ các thành phần rời rạc. Điều này cho phép hệ thống chụp ảnh chuyên biệt được đặt trên các bảng mạch nhỏ hơn và trong các gói nhỏ hơn. Dưới đây là những gì bạn nên tìm kiếm trong IC xử lý tín hiệu CCD tiếp theo của mình và một số lựa chọn cho một loạt ứng dụng.

Tại sao sử dụng Bộ xử lý tín hiệu CCD?

Trước khi chúng ta bước vào lĩnh vực của các mảng CCD tích hợp cao với khả năng xử lý hình ảnh tích hợp, hầu hết các chức năng phải được xây dựng với các thành phần tuyến tính rời rạc, ví dụ, op-amps, công tắc analog, và ADCs/DACs. Giống như chúng ta đã thấy với các chuỗi tín hiệu phổ biến trong các ứng dụng khác, chuỗi xử lý tín hiệu cho CCD đã theo xu hướng quen thuộc của việc tích hợp vào các gói đơn với kích thước nhỏ.

Một IC xử lý tín hiệu CCD xử lý tất cả các bước xử lý tín hiệu cần thiết từ việc thu thập tín hiệu sạc từ một cột CCD đến đầu ra số với một ADC. Có một số bước điều kiện tín hiệu quan trọng phải được thực hiện bởi phần đầu vào analog trước khi chuyển đổi dữ liệu. Bước quan trọng trong phần đầu vào analog là lấy mẫu kép tương quan (CDS). Điều này bao gồm việc tính toán sự khác biệt giữa mức tham chiếu và mức dữ liệu của tín hiệu CCD, loại bỏ một số tiếng ồn xác định trong tín hiệu CCD. Sự khác biệt này sau đó được chuyển đổi thành một mức xám và/hoặc độ sâu màu trong một đơn vị hiển thị.

Chức năng đo lường quan trọng này và các chức năng sửa chữa hình ảnh khác được tích hợp vào các IC xử lý tín hiệu CCD tiêu chuẩn. Các bước sửa chữa hình ảnh tiêu chuẩn cần thiết trong chuyển đổi dữ liệu CCD là khôi phục DC (kẹp), sửa chữa lợi ích và độ lệch, và chuyển đổi A/D. Sử dụng một IC xử lý tín hiệu CCD loại bỏ nhu cầu phải lập trình thủ công các chức năng này vào một bộ xử lý vì chúng được định nghĩa ở cấp độ firmware.

Thông số Kỹ thuật Bộ xử lý tín hiệu CCD cần xem xét

Việc điều hướng qua phạm vi thông số kỹ thuật bộ xử lý tín hiệu CCD có thể hơi khó khăn khi nhìn lần đầu, nhưng những thông số này sẽ xác định tốc độ và độ chính xác hệ thống có thể thu thập dữ liệu từ CCD. Dưới đây là một số thông số quan trọng cần hiểu trong bảng dữ liệu của bạn:

• Tốc độ lấy mẫu: Đây là một trong những thông số quan trọng nhất vì nó sẽ xác định tốc độ thu thập hình ảnh. Đối với hệ thống video, điều này sẽ xác định tốc độ khung hình. Các ứng dụng video yêu cầu độ phân giải cao mà không cần tốc độ khung hình lớn vẫn yêu cầu tốc độ lấy mẫu cao để thu thập hình ảnh với tốc độ khung hình hợp lý. Thông thường, điều này được chỉ định bằng MSPS hoặc MHz.
• Số lượng kênh: Nhớ lại rằng CCD được đọc theo cột, và số lượng kênh đề cập đến số lượng cột có thể được đọc song song. Điều này cho phép tốc độ khung hình cơ bản được nhân với số lượng kênh.
• Tốc độ khung hình: Thực tế, điều này không được chỉ định trong bảng dữ liệu, mặc dù nó có thể được xác định bằng cách sử dụng số lượng điểm ảnh trong mảng CCD, số lượng kênh và tốc độ lấy mẫu.
• Giao diện đầu ra: Các giao diện này đề cập đến cách dữ liệu có thể được đọc vào và ra khỏi bộ xử lý tín hiệu CCD. Một đầu ra phổ biến là qua LVDS, trong khi các hệ thống camera mới hơn sẽ xuất dữ liệu qua MIPI.
• Độ sâu bit: Điều này sẽ xác định mức độ xám hoặc độ sâu màu sắc trong hình ảnh thu được. Các độ sâu bit phổ biến là 10-bit, 12-bit và 16-bit.
• Kích thước hình thức: Đây luôn là một yếu tố quan trọng cần xem xét, nhưng nó đặc biệt quan trọng đối với các hệ thống hình ảnh nhỏ hơn. Ngay cả các hệ thống camera lớn hơn cũng sẽ có một số giới hạn về không gian, và nói chung là tốt hơn khi chọn một thành phần nhỏ hơn để tạo không gian cho bất kỳ quang học nào cần thiết.
• Khoảng điện áp và tiêu thụ năng lượng: Đây là hai thông số quan trọng khác cho bất kỳ thành phần nào, nhưng chúng rất quan trọng ở đây vì chúng sẽ xác định thời gian sống của thiết bị khi được triển khai ngoài thực địa.

Analog Devices, AD9970BCPZ

Bộ xử lý tín hiệu AD9970BCPZ từ Analog Devices là một thành phần cấp thấp cho xử lý hình ảnh, nhưng nó có giá thấp so với các thiết bị khác cho hệ thống camera. Hình ảnh độ phân giải cao có thể được thu thập ở 65 MSPS với độ sâu bit 14 và đầu ra LVDS để giảm nhiễu. Thành phần này bao gồm một bộ khuếch đại có khả năng điều chỉnh lợi ích với đến 42 dB lợi ích và một trình điều khiển thời gian tích hợp. Một số ứng dụng bao gồm camera HDTV chuyên nghiệp, camera phát sóng và hệ thống hình ảnh chính xác cho các ứng dụng công nghiệp.

Sơ đồ khối chức năng cho bộ xử lý tín hiệu CCD AD9970BCPZ. Từ bảng dữ liệu AD9970BCPZ.

Texas Instruments, LM98725CCMT/NOPB

Bộ phận đầu vào analog LM98725CCMT/NOPB từ Texas Instruments cung cấp tốc độ lấy mẫu 81 MSPS với 16-bit. Bộ phận đầu vào analog này là một nửa của một hệ thống xử lý hình ảnh hoàn chỉnh để thu thập hình ảnh độ phân giải cao với tốc độ khung hình cao qua 3 kênh lấy mẫu đồng bộ. Nó có thể được kết hợp với một ASIC hoặc quy trình nhúng để tạo thành một kiến trúc xử lý hình ảnh hoàn chỉnh cho hình ảnh và video chất lượng cao.

Mạch khối phần đầu vào tương tự và xử lý hình ảnh ASIC. Từ bảng dữ liệu LM98725.

Thiết bị này xuất dữ liệu qua LVDS, yêu cầu một đồng hồ đầu vào để kích hoạt, và có thể được cấu hình qua giao diện SPI. Thiết bị bao gồm một bộ tạo thời gian tích hợp và PLL để kích hoạt các trình điều khiển cảm biến và các bộ đăng ký dịch chuyển để đọc dữ liệu từ cảm biến CCD. Một số ứng dụng bao gồm các sản phẩm như máy quét tiền tệ hoặc tài liệu, tất cả đều yêu cầu một số chức năng thị giác máy tính tích hợp.

Analog Devices, ADDI9036

ADDI9036 từ Analog Devices là một sản phẩm cao cấp hơn nhiều cho các hệ thống hình ảnh thời gian bay. Thiết bị này hoạt động ở 45 MSPS với độ sâu 12-bit, và nó bao gồm một trình điều khiển điốt laser tích hợp cho hình ảnh thời gian bay, một trình điều khiển H 7 kênh, và một trình điều khiển dọc 16 kênh (V-driver). Các đồng hồ dịch chuyển ngang CCD và đầu ra trình điều khiển điốt laser có thể được cấu hình với ~174 ps. Giống như thành phần trước đó từ Analog Devices, thành phần này cũng cung cấp kẹp mức đen tích hợp và một bộ lấy mẫu đôi tương quan (CDS). Thành phần này xuất dữ liệu qua MIPI CSI-2. ADDI9036 hiện đang được sản xuất, và bảng đánh giá có sẵn cho việc phát triển các ứng dụng hình ảnh thời gian bay độ phân giải cao.

Bảng đánh giá cho xử lý tín hiệu CCD ADDI9036. Từ trang sản phẩm ADDI9036.

Hệ thống hình ảnh dựa trên CCD tiếp theo của bạn sẽ cần một loạt các thành phần cho xử lý hình ảnh, và một bộ xử lý tín hiệu CCD là phần cơ bản của phần đầu vào tương tự. Bạn có thể tìm thấy các thành phần được hiển thị ở đây và nhiều bộ phận khác cho các hệ thống hình ảnh trên Octopart.

Hãy cập nhật với các bài viết mới nhất của chúng tôi bằng cách đăng ký nhận bản tin của chúng tôi.