现代制造业和物流配送中心需要通过提高输送速度和扩大视野和工作范围来提高生产力水平。然而，这受到传统自动检测和扫描相机系统的限制，这些系统使用更传统的4:3或正方形格式的机器视觉CMOS图像传感器，具有许多冗余垂直像素和较低帧率的严重缺点。
新的CMOS图像传感器正在市场上出现，专为扫描应用而设计，代表着工业应用向前迈出了一大步。这些传感器采用了最先进的低噪声全局快门像素技术，并提供了几年前两倍于其大小的像素几乎无法达到的光电性能。凭借与封装的机械中心相匹配的小尺寸和光学阵列，可以设计超薄的移动摄像头和模块，提供强大的解决方案，并为微型OEM条形码引擎、移动终端、雪橇、物联网、非接触式认证系统、可穿戴设备、无人机和机器人实现紧凑的移动设计。
有些是宽2.4:1格式，这使得它们特别适合快速移动的物体或更宽传送带上的条形码。它们还可以在1.2GHz的2通道MIPI CSI-2上无缝连接到CPU, ISP, DSP芯片组。
CMOS图像传感器用于手持/固定和移动条形码阅读器，OEM扫描引擎和自动识别。
这种新一代CMOS传感器通过小的全局快门像素特征和“像素内”CDS(相关双采样)来满足这些低光挑战，以实现通常为3个电子的总读出噪声。此外，具有零间隙微透镜的先进双光导，最大限度地将光耦合到像素的光敏区域，从而在低光下实现良好的信噪比。导光器和微透镜还可以实现非常宽的角响应，更接近于背面照明像素，尽管这些传感器是正面照明的。这些“像素内”光学元件还减少了像素之间的串扰，从而提供清晰的图像。
关于图像质量的进一步讨论需要涵盖暗信号及其对固定模式噪声(FPN)的影响，特别是在高温环境下。高暗信号非均匀性(DSNU)往往会导致图像中更明显的VFPN/HFPN，即使使用了补偿技术。
先进工业CMOS传感器的应用优势
目前，用于大多数条形码读取器的CMOS传感器约为1MP，设备制造商在价格上竞争，利润率受到侵蚀。这些新型扫描专用工业CMOS传感器的到来提供了一次升级，由于其更高的分辨率和独特的宽格式，可以实现更长或更宽的扫描范围。这对于需要更大区域/FoV(视野)的零售和物流扫描段非常有用。与现有解决方案相比，最终用户受益于更快的传送带和更高的吞吐量。
占地面积小也使这些新型传感器成为小型OEM扫描引擎和最薄的移动平台的理想选择。完整的2MP分辨率、高帧速率和低功耗的结合确保了具有更高工作范围和更长的电池自主权的紧凑型扫描引擎，是手持和移动应用的理想选择。一些传感器还嵌入了用于快速扫描的特定条形码读取功能，如快速唤醒，以允许在电源应用后在不到10mS的时间内解码第一帧。
文件扫描也需要宽格式，在物流和包裹递送的移动条形码终端中是一个特别有用的功能。
未来趋势及应用
在零售POS(销售点)中使用的固定条形码扫描仪除了条形码读取外，还趋向于物体识别，这样水果、蔬菜和难以阅读的标签就可以在不受干预的情况下通过自助结账，并改善客户的购物体验。RGB形式传感器可以提供增强的对象识别，并为传统的条形码读取保持足够的空间分辨率。
新型高效全局快门(1/PLS在660nm时通常为>4000)传感器是通用机器视觉应用的理想选择，如工厂自动化，自动检测等。这些应用程序曾经集成正方形格式阵列，但现在全高清格式已成为主流，其中一些传感器可以裁剪或水平方向上2 x 2像素的分箱来实现这一目标，因此使单个相机设计能够满足所有要求。
CMOS传感器也用于机器视觉、机器人和嵌入式成像应用。
随着人工智能和机器学习的部署，嵌入式视觉系统的普及程度显著增长。这些传感器也可以是这些系统的眼睛。
先进CMOS传感器的其他应用是无人机或远程物联网摄像头，因为它们体积小、重量轻、功耗低。全高清图像格式兼容16:9显示，使这些设备自然适合远程视觉检查或监控应用。内部温度传感甚至可以提供额外的环境信息和/或校正与温度相关的人工制品。
牙科可以受益于基于传感器的口腔内2D或3D相机，因为它们体积小。同样，用于牙科匹配应用的彩色相机也可以实现。
医疗护理点扫描产品是一个日益增长的兴趣领域。这些是多功能手持终端，可以让患者在家中与医生通过视频通话进行医疗检查。Covid-19大流行极大地提振了这一市场，增加了隔离和家庭护理的需求。摄像头是这些终端的组成部分，需要执行广泛的功能，例如放大区域和监测术后疤痕组织的进展。其他生物识别和计量任务需要用同一台摄像机来完成，而这些扫描专用传感器是理想的解决方案。
作者简介
Arnaud Foucher是Teledyne e2v的营销总监。
