Topaz是Teledyne e2v產(chǎn)品系列的最新成員，是工業(yè)CMOS圖像傳感器的一大重要進(jìn)步。Topaz傳感器設有150萬(wàn)像素和200萬(wàn)像素兩種分辨率，采用了最先進(jìn)的低噪聲、僅2.5 x 2.5μm全局快門(mén)像素技術(shù)。它們提供的光電轉換性能是幾年前兩倍于其尺寸的像素所難以達到的，并通過(guò)1.2GHz的2通道MIPI CSI-2與CPU、ISP、DSP芯片組無(wú)縫連接，對于150萬(wàn)像素版本，在8bits下可達130 幀。

這些全新的1,920 x 1,080和1,920 x 800像素格式提供了功能強大的解決方案，并為許多應用提供了緊湊的移動(dòng)設計。 裝在4.45mm寬的芯片尺寸封裝（CSP）中，光學(xué)陣列與封裝的機械中心相匹配，從而設計出超薄的移動(dòng)相機和模組。Topaz150萬(wàn)像素傳感器具有獨特的2.4:1寬高比，使其尤其適合快速移動(dòng)的物體或傳送帶上的條碼?，F代制造業(yè)和物流配送中心需要通過(guò)提高傳送帶速度來(lái)提高生產(chǎn)力水平。然而，這受限于傳統自動(dòng)檢測和掃描相機系統，這些系統在上述應用中使用較為傳統的4:3或方形格式的機器視覺(jué)傳感器，它們存在許多冗余垂直像素的嚴重缺點(diǎn)，而且幀率較低。

Topaz新型傳感器的尺寸較?。?.45mm x 7.65mm），使其尤其適用于微型OEM條碼引擎設計、移動(dòng)終端和掃描器、物聯(lián)網(wǎng)、非接觸式認證系統、可穿戴設備、無(wú)人機和機器人。

不過(guò)，這不僅僅是尺寸問(wèn)題。掃描快速移動(dòng)的物體需要非常短的積分/曝光時(shí)間，以避免捕獲的圖像出現模糊。短的積分時(shí)間意味著(zhù)積累的光子更少，然后需要信號增益來(lái)產(chǎn)生適當的灰度值和對比度。還有一些進(jìn)一步減少可用光子（甚至在它們到達圖像傳感器之前）的額外光學(xué)因素。值得注意的是，需要高F數的鏡頭以確保在所需的工作范圍或距離上捕獲一個(gè)充分聚焦的圖像。更高的F數意味著(zhù)更小的光圈，從而再次減少了傳感器上的可用光線(xiàn)，如前所述，增加曝光時(shí)間并不是一個(gè)選項。那么傳感器的低光信噪比特性將是一個(gè)關(guān)鍵參數，如果這個(gè)參數不佳，唯一的補救措施就是增加照明。然而，這一措施伴隨額外的LED和電源成本以及更為嚴格的熱管理設計，以限制傳感器暗信號噪聲的增加，通常結節溫度每增加6到8度，暗信號噪聲就會(huì )增加一倍。

為了應對這些低光挑戰，較小的2.5μm全局快門(mén)像素具有"像素內"CDS（相關(guān)雙采樣），以實(shí)現通常為3個(gè)電子的總讀出噪聲。同時(shí)，先進(jìn)的雙導光板與零隙微透鏡最大限度地提高進(jìn)入像素感光區的光線(xiàn)耦合度，以實(shí)現低光下的良好信噪比。導光板和微透鏡還能實(shí)現一個(gè)很寬的角響應，更接近于背照式像素，盡管Topaz采用正面照明技術(shù)。這些"像素內"光學(xué)元件也減少了像素與像素之間的串擾，從而提供清晰圖像。

針對圖像質(zhì)量的進(jìn)一步討論需要重點(diǎn)關(guān)注暗信號及其對固定模式噪聲（FPN）的影響，尤其是在高溫環(huán)境下。高暗信號不均勻性（DSNU）往往會(huì )導致圖像中出現更多可見(jiàn)的VFPN/HFPN，即使利用了補償技術(shù)。Topaz傳感器具備的兩個(gè)特性確保高溫下圖像質(zhì)量的優(yōu)越性。首先，使用的半導體工藝節點(diǎn)對暗信號進(jìn)行了充分優(yōu)化，在25°C環(huán)境下通常只有3.5e-，在60°C只達到65e-。其次，垂直和水平的FPN通過(guò)片上處理得以減少，即使在高溫下也能提供可利用的圖像。

Topaz的應用優(yōu)勢

手持/固定和移動(dòng)條碼讀取器，OEM掃描引擎，自動(dòng)識別：

目前用于大多數條碼讀取器的CMOS傳感器約為100萬(wàn)像素，各設備制造商正在進(jìn)行價(jià)格競爭，利潤率受到侵蝕。Topaz這一新品屬于升級版，由于其更高的分辨率和獨特的寬幅，可以實(shí)現更長(cháng)或更寬的掃描范圍。這對需要較大面積/視場(chǎng)（Field of View）的零售和物流掃描領(lǐng)域非常實(shí)用。相比于現有的解決方案，最終用戶(hù)受益于速度更快的傳送帶和更大的吞吐量。

文件掃描也需要寬幅，并且在物流和包裹遞送的移動(dòng)條碼終端中是一個(gè)特別實(shí)用的功能。

出色的性?xún)r(jià)比實(shí)現大批量采用。憑借微小的占地面積，它們得以成為驅動(dòng)全球最小的OEM掃描引擎和最薄的移動(dòng)平臺的理想選擇。在200萬(wàn)像素全分辨率和最大幀率下，工作功耗僅為200mW，確保了手持和移動(dòng)應用中更長(cháng)的蓄電池連續使用時(shí)間。具有精細模擬增益控制的低光信噪比性能，通過(guò)將LED功率預算降到最低，在系統層面節約成本。

Topaz的嵌入式功能還能實(shí)現最快的條碼讀取優(yōu)勢?？焖賳拘涯Ｊ绞褂脤?zhuān)有的上電復位方法，確保在省電方案中通電后，第一幀可以在10mS內解碼。憑借幀與幀之間的現場(chǎng)控制寄存器和下一幀的快速更新，傳感器得以快速重新配置，從而減少圖像數據的浪費。  

為未來(lái)而建

用于零售業(yè)POS（銷(xiāo)售點(diǎn)）的固定式條碼掃描儀除條碼讀取外還趨向于物體識別，因此水果、蔬菜和不易讀取的標簽可以不受任何干預地通過(guò)自助收銀臺，改善顧客的購物體驗。RGB模式的Topaz可以增強物體識別能力，并為傳統的條碼讀取保持足夠的空間分辨率。

機器視覺(jué)、機器人技術(shù)和嵌入式成像應用：

憑借高效全局快門(mén)（在660 nm時(shí)1/PLS通常高于4000），Topaz得以成為通用機器視覺(jué)應用的高效傳感器，例如工廠(chǎng)自動(dòng)化、自動(dòng)檢測等。這些應用往往傾于方形陣列。為了實(shí)現這一點(diǎn)，Topaz可以在水平方向上進(jìn)行裁剪或2 x 2像素合并，因此單一相機設計就能滿(mǎn)足所有要求。設有全面觸發(fā)輸入和輸出（包括一個(gè)切換現場(chǎng)寄存器的硬件觸發(fā)輸入）。

機器人設備用于揀選和放置或將貨物從一個(gè)地方運至另一個(gè)地方，使用二維條碼讀取器識別貨物或料箱，同時(shí)也在工廠(chǎng)車(chē)間內進(jìn)行導航。如前所述，Topaz專(zhuān)為這項工作打造。出于安全和避免碰撞，不時(shí)還需用到3D，由于設備體積較小，小型立體3D相機系統易于設計。還有多個(gè)I2C地址（x2），因此最多2個(gè)獨立的傳感器可以占據同一控制總線(xiàn)。

隨著(zhù)部署人工智能和機器學(xué)習，嵌入式視覺(jué)系統的普及已經(jīng)顯著(zhù)增加。Topaz可以成為這些系統的關(guān)鍵，通過(guò)簡(jiǎn)單的單通道或雙通道MIPI CSI-2接口，與通用的ISP處理器平臺無(wú)縫連接。Teledyne e2v推出了協(xié)助開(kāi)發(fā)人員完成特定任務(wù)的基本Linux驅動(dòng)程序。計劃明年推出基于Topaz傳感器的光學(xué)模組，進(jìn)一步簡(jiǎn)化嵌入式計算機視覺(jué)系統的集成工作。

無(wú)人機、可穿戴相機和物聯(lián)網(wǎng)邊緣成像：

基于Topaz的較小尺寸、重量和低功率，它還可應用于無(wú)人機或遠程物聯(lián)網(wǎng)相機等。全高清圖像格式與16:9顯示器的兼容性使該設備自然適合于遠程視覺(jué)檢查或監視應用。內部溫度傳感甚至可以提供額外的環(huán)境信息和/或進(jìn)行校正溫度相關(guān)偽影。

醫學(xué)成像：

基于較小體積，牙醫行業(yè)可以受益于基于Topaz的口腔2D或3D相機。同樣，也可實(shí)現用于牙科匹配應用的彩色相機。

一個(gè)日益受到人們關(guān)注的領(lǐng)域是醫療定點(diǎn)照護掃描產(chǎn)品。通過(guò)這些多功能手持終端，病人能夠在家通過(guò)視頻通話(huà)與醫生進(jìn)行遠程醫療檢查。隨著(zhù)隔離和家庭護理的需要，新冠疫情顯著(zhù)推動(dòng)了這一市場(chǎng)。相機是這些終端的組成部分，需要執行廣泛功能，例如能夠放大區域和監測術(shù)后瘢痕組織的進(jìn)展情況。其他生物識別和計量任務(wù)也需使用同一臺相機，Topaz就是一個(gè)理想的解決方案。

Topaz的主要性能參數和特點(diǎn)總結：

· 2.5 x 2.5 μm全局快門(mén)像素

· 分辨率（像素）1,920 (H) x 1,080 (V) 以及1,920 (H) x 800 (V)

· 黑白或彩色，設有微透鏡

· 1/3.2英寸光學(xué)尺寸與對角線(xiàn)CRA 14°或21°（200萬(wàn)像素）或13.2°或20°（150萬(wàn)像素）兼容

· 最大幀率：(150萬(wàn)像素版本)：130fps@ 8bits, 80fps @ 10bits

· 最大幀率：(200萬(wàn)像素版本)：100fps @ 8bits, 65fps @ 10bits

· 總讀出噪聲3.3e-

· 暗信號3.5e- @25°C

· 最大信噪比38dB

· MTF @ Nyquist, 在550 nm時(shí)高于60%

· 飽和容量通常為6,000 e-

· QE @ 550 nm時(shí)高于55%

· CSP封裝尺寸4.45 mm（V）x 7.65 mm（H） 

實(shí)用片上嵌入式功能的摘要：

· 2種取景窗口模式（SIMR和MIMR）

· 圖像腳注中的圖像統計和直方圖

· 全面I/O觸發(fā)功能

· 最多16倍的高性能模擬增益

· 快速喚醒，少于10 ms內即可獲得第一幅優(yōu)質(zhì)圖像

· 基于幀與幀之間的現場(chǎng)控制寄存器，由系統/軟件或硬件觸發(fā)

· 暗信號校正和VFPN/HFPN校正

· 片上電壓調節器/轉換器

· 最多1/64的亞采樣

現可提供樣品和評估套件。