物聯(lián)網(wǎng)(IoT)正迅速演進(jìn)且潛力巨大。據(jù)相關(guān)預(yù)測(cè)，未來(lái)5到10年，將有數(shù)以十億計(jì)的智能設(shè)備通過(guò)IoT跨越多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)互通互聯(lián)，包括有無(wú)線(xiàn)控制功能的LED燈泡、機(jī)頂盒、智能電表、煙霧報(bào)警器、可穿戴設(shè)備、安防攝像機(jī)、智能家居、智能體重計(jì)等等，將帶給我們?nèi)碌纳铙w驗(yàn)。

　　圖像傳感器是IoT的核心

　　在物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，傳感器無(wú)處不在，無(wú)論是智能樓宇/家居領(lǐng)域的智能鎖、安防監(jiān)控、照明系統(tǒng)、恒溫器、智能門(mén)鈴、寶寶監(jiān)控器、智能家電，還是移動(dòng)醫(yī)療、車(chē)聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)領(lǐng)域的無(wú)人機(jī)系統(tǒng)、機(jī)器人，消費(fèi)電子領(lǐng)域的可穿戴及游戲機(jī)等等，都內(nèi)置多個(gè)傳感器，且都至少包含一個(gè)圖像傳感器。可以說(shuō)，圖像傳感器是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的核心器件。

　　一般而言，應(yīng)用于IoT的圖像傳感器具有以下關(guān)鍵特性：

　　1. 小光學(xué)格式：1/13至1/4英寸

　　2. 分辨率：VGA至500萬(wàn)像素

　　3. 系統(tǒng)級(jí)芯片(SoC)及RAW傳感器兩種類(lèi)型

　　4. 具備低功耗待機(jī)模式

　　5. 幀率：至少達(dá)到30 fps以上

　　從趨勢(shì)上看，這類(lèi)傳感器朝向模塊化、高度集成、低功耗、低成本及支援高度壓縮的H.264視頻方向發(fā)展。

　　安森美半導(dǎo)體憑借在圖像傳感器領(lǐng)域的領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)和豐富經(jīng)驗(yàn)，在IoT領(lǐng)域制勝，成功的案例如Skully公司設(shè)計(jì)的被稱(chēng)為“全球最智能的摩托車(chē)頭盔”、Oculus(已被Facebook收購(gòu))的虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)眼罩、Dropcam的家庭安防監(jiān)控?cái)z像機(jī)，以及Canary的被喻為“最美的家庭全功能安防警報(bào)系統(tǒng)”，都采用了安森美半導(dǎo)體的圖像傳感器，提供高品質(zhì)的全高清視頻。

　　圖1：安森美半導(dǎo)體在IoT領(lǐng)域的成功案例

　　全集成的視頻開(kāi)發(fā)方案：MatrixCam

　　針對(duì)家庭自動(dòng)化系統(tǒng)、樓宇接入設(shè)備、嬰兒監(jiān)視器、先進(jìn)的照明控制和智能家電等關(guān)鍵應(yīng)用，安森美半導(dǎo)體推出完整的攝像機(jī)方案MatrixCam，加快工程師的開(kāi)發(fā)進(jìn)程，使客戶(hù)可隨時(shí)投產(chǎn)。

　　MatrixCam的功能圖如圖2所示：攝像頭捕獲的信息經(jīng)過(guò)圖像傳感器傳給H.264編碼器，該編碼器將信息處理后可傳給以太網(wǎng)或存儲(chǔ)到SD卡，或由WiFi外傳上網(wǎng)，在待機(jī)的狀態(tài)下經(jīng)由藍(lán)牙或無(wú)源紅外(PIR)喚醒系統(tǒng)。

　　圖2：MatrixCam VDK功能圖

　　MatrixCam是智能的、低功耗1080p視頻流參考設(shè)計(jì)：

　　1. 內(nèi)置眾多互聯(lián)互通方案——包括Wi-Fi (802.11b/g/n)、以太網(wǎng)(10/100 兆位/秒)和藍(lán)牙低功耗(BLE)。

　　2. 支持微型SD卡存儲(chǔ)視頻和圖片

　　3. 可連接到云服務(wù)如亞馬遜網(wǎng)絡(luò)服務(wù)和谷歌云平臺(tái)，便于視頻點(diǎn)播和直接在用戶(hù)的智能設(shè)備上直播。

　　4. 具備雙向音頻功能：提供全向電容式麥克風(fēng)，支持音頻編碼，捕捉聲音，并播放存儲(chǔ)在SD卡上的音頻文件

　　5. 1080p@30fps智能流：支持Firefox、IE及蘋(píng)果的Safari瀏覽器、Linux、Windows及蘋(píng)果操作系統(tǒng)、iOS、安卓智能手機(jī)系統(tǒng)、亞馬遜和谷歌的云端服務(wù)

　　6. 推送通知：由BLE或通過(guò)集成運(yùn)動(dòng)檢測(cè)的PIR傳感器喚醒。喚醒后，推送通知被發(fā)送到指定的便攜式電子設(shè)備(智能手機(jī)、平板電腦等等)，提醒用戶(hù)應(yīng)查看直播(或靜態(tài)圖像)。

　　7. VDK可通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的基于web的圖形用戶(hù)界面(GUI)或使用專(zhuān)用移動(dòng)應(yīng)用進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置、視頻配置、錄制配置、云配置、用戶(hù)管理、拍照、錄制視頻、打開(kāi)/關(guān)閉音頻、查看直播流、固件更新等等。

　　8. MatrixCam開(kāi)發(fā)套件是開(kāi)放式影像平臺(tái)，提供應(yīng)用程序編程接口(API)測(cè)試程序，包含開(kāi)放源碼，可從電腦或安卓系統(tǒng)執(zhí)行，API及示例代碼GitHub資源庫(kù)如下表所示。

　　表1：API及示例代碼GitHub資源庫(kù)

　　MatrixCam參考設(shè)計(jì)結(jié)合了安森美半導(dǎo)體的圖像傳感器AR023Z、降壓/升壓轉(zhuǎn)換器NCP3064、開(kāi)關(guān)NCP6332-D、低壓降穩(wěn)壓器(LDO)NCP160-D、電壓監(jiān)控MAX708T、電量計(jì)LC709203F、電池充電器NCP1855-D等器件，其中AR023Z 1/2.7英寸CMOS圖像傳感器是這參考設(shè)計(jì)的核心。

　　AR023Z是高性能的1080p高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)圖像傳感器，采用DR-pix技術(shù)提供領(lǐng)先業(yè)界的微光性能，支持高品質(zhì)1080p 60fps高清視頻，靈活的接口選擇如并行或HiSPi接口兼容于所有流行的圖像信號(hào)處理器(ISP)，提供片上HDR或支持第三方ISP交錯(cuò)HDR模式的選擇，開(kāi)窗、像素合并、跳行、溫度傳感器等先進(jìn)的特性為客戶(hù)提供更高靈活性。HDR是AR023Z最關(guān)鍵的特性，其多重曝光HDR技術(shù)可提供16倍和32倍增益比，自適應(yīng)局部色調(diào)映射可讓高動(dòng)態(tài)的功能更易于使用，增加的動(dòng)態(tài)范圍超越前代技術(shù)，提供更靈敏像素及更優(yōu)信噪比(SNR)，支持交錯(cuò)模式T1/T2 幀輸出選擇即芯片外HDR處理?？蛻?hù)可根據(jù)圖形處理器決定具體使用哪一種模式。

　　此外，MatrixCam還使用了GainSpan的GS2011 WiFi模塊，提供極低待機(jī)功耗，符合IEEE802.11b/g/n標(biāo)準(zhǔn)，支持WEP/WPA/WPA2 安全、Adhoc網(wǎng)絡(luò)以及 Wi-Fi 保護(hù)設(shè)置 (WPS)，提供SPI、UART、SDIO等I/O接口，其中SDIO可達(dá)40 Mbit/s的傳輸速率，其WiFi和TCP/IP網(wǎng)絡(luò)堆棧無(wú)需使用外部處理器就可直接在模組上運(yùn)行，通過(guò)美國(guó)FCC、加拿大IC、歐洲的ETSI及日本的TELEC認(rèn)證，能在全球暢通無(wú)阻地使用。

　　MatrixCam的關(guān)鍵特性

　　應(yīng)用程序處理器

　　• 1080p@30fps 視頻串流通過(guò)以太網(wǎng)及Wi-Fi

　　• 為視頻和靜態(tài)圖像添加分辨率選擇

　　• 內(nèi)置圖像信號(hào)處理器

　　• 從待機(jī)喚醒的視頻直播和錄制

　　• 藍(lán)牙低功耗(BLE)和遠(yuǎn)紅外(PIR)從待機(jī)喚醒

　　圖像傳感器

　　• 分辨率: 1920x1080@60fps

　　• 像素尺寸: 3 um

　　• 色彩濾波陣列(CFA): RGB Bayer

　　• 快門(mén)類(lèi)型: 電子卷簾快門(mén)(ERS), GRR

　　• 輸入時(shí)鐘范圍: 6-48 MHz

　　• 輸出: 串行, 并行

　　• 輸出時(shí)鐘最大值: 148.5Mp/s(4通道HiSpi), 74.25 Mp/s(并行)

　　• 幀率: 60fps

　　• 響應(yīng): 4.0 V/lux-sec

　　• 信噪比(SNR)最大值: 41 dB

　　• 電源電壓: I/O: 1.8 或 2.8 V

　　• 數(shù)字: 1.8V

　　• 模擬: 2.8V

　　• HiSpi: 0.3V-0.6V(SLVS), 1.7V-1.9V(HiVcm)

　　PIR傳感器

　　• 能檢測(cè)10-15英尺處的人

　　• 檢測(cè)角度至少應(yīng)為140度

　　無(wú)線(xiàn)連接

　　1) Wi-Fi

　　• 單頻帶(2.4 Ghz) Wi-Fi 模塊能力802.11b/g/n

　　• Wi-Fi 在客戶(hù)端模式下運(yùn)行

　　• 待機(jī)模式低功耗

　　2) BLE

　　• 能連接攝像機(jī)到房間內(nèi)其它BLE 4.0設(shè)備

　　• 能從待機(jī)喚醒

　　以太網(wǎng)：IEEE 802.3u 10/100mbps

　　音頻

　　• 麥克風(fēng): 全方位麥克風(fēng)

　　• 音頻譯碼: 16khz, 32/64kbps AAC-LC

　　• 揚(yáng)聲器: NXP (手機(jī)揚(yáng)聲器) 0.5 瓦

　　存儲(chǔ)器：微型SD卡插槽

　　USB 連接器 (微型 USB)

　　• 用于調(diào)試

　　• 用于固件升級(jí)

　　• 錄制圖片和視頻到SD卡和從SD卡播放

　　• 將有一個(gè)滑動(dòng)開(kāi)關(guān)來(lái)打開(kāi)/關(guān)斷

　　電源

　　• 微型USB

　　• 單節(jié)鋰離子電池充電器

　　鏡頭規(guī)格

　　• HFOV(水平視野) : 105°

　　• VFOV(垂直視野): 80°

　　LED：多色LED以顯示狀態(tài)

　　實(shí)時(shí)時(shí)鐘: 將使用實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)GS2011MIES

　　總結(jié)

　　攝像機(jī)在IoT應(yīng)用中不可或缺，圖像傳感器發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。安森美半導(dǎo)體具有從分立半導(dǎo)體到專(zhuān)用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)和定制專(zhuān)用集成電路(ASIC)的寬廣產(chǎn)品陣容，基于強(qiáng)大卓越的運(yùn)營(yíng)和大量應(yīng)用的悠久歷史，能為快速增長(zhǎng)的IoT市場(chǎng)提供完整的IoT方案。為促進(jìn)IoT產(chǎn)品采用更多的視頻而開(kāi)發(fā)，并加快相關(guān)產(chǎn)品上市，安森美半導(dǎo)體推出開(kāi)放的成像平臺(tái)MatrixCam，提供通過(guò)WiFi、BLE或以太網(wǎng)連接的低功耗視頻流和靜態(tài)圖像捕獲，具備領(lǐng)先業(yè)界的微光性能，支持雙向音頻和云整合，易于定制，使產(chǎn)品能快速上市。