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,，未來5到10年，將有數(shù)以十億計(jì)的智能設(shè)備通過IoT跨越多個(gè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)互通互聯(lián)，包括有無線控制功能的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,，傳感器無處不在,，無論是智能樓宇/家居領(lǐng)域的智能鎖、安防監(jiān)控,、照明系統(tǒng),、恒溫器、智能門鈴,、寶寶監(jiān)控器,、智能家電，還是移動(dòng)醫(yī)療,、車聯(lián)網(wǎng),、工業(yè)領(lǐng)域的無人機(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?？梢哉f,，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500萬像素

　　3.  系統(tǒng)級芯片(SoC)及RAW傳感器兩種類型

　　4.  具備低功耗待機(jī)模式

　　5.  幀率：至少達(dá)到30 fps以上

　　從趨勢上看,，這類傳感器朝向模塊化,、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)的被稱為“全球最智能的摩托車頭盔”,、Oculus(已被Facebook收購)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

　　全集成的視頻開發(fā)方案：MatrixCam

　　針對家庭自動(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,，加快工程師的開發(fā)進(jìn)程，使客戶可隨時(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及蘋果的Safari瀏覽器,、Linux、Windows及蘋果操作系統(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或通過集成運(yùn)動(dòng)檢測的 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),，提醒用戶應(yīng)查看直播(或靜態(tài)圖像),。

　　7.  VDK可通過一個(gè)簡單的基于web的圖形用戶界面(GUI)或使用專用移動(dòng)應(yīng)用進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置、視頻配置,、錄制配置,、云配置、用戶管理,、拍照,、錄制視頻、打開/關(guān)閉音頻,、查看直播流,、固件更新等等。

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

　　表1：API及示例代碼GitHub資源庫

　　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,，開窗、像素合并,、跳行,、溫度傳感器等先進(jìn)的特性為客戶提供更高靈活性。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?？蛻艨筛鶕?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IEEE 802.11b/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)堆棧無需使用外部處理器就可直接在模組上運(yùn)行,，通過美國FCC、加拿大IC,、歐洲的ETSI及日本的TELEC認(rèn)證,，能在全球暢通無阻地使用。

　　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

　　·快門類型: 電子卷簾快門(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10-15英尺處的人

　　·檢測角度至少應(yīng)為140度

　　無線連接

　　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

　　·錄制圖片和視頻到SD卡和從SD卡播放

　　·將有一個(gè)滑動(dòng)開關(guān)來打開/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)體到專用標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品(ASSP)和定制專用集成電路(ASIC)的寬廣產(chǎn)品陣容，基于強(qiáng)大卓越的運(yùn)營和大量應(yīng)用的悠久歷史,，能為快速增長的IoT市場提供完整的IoT方案,。為促進(jìn)IoT產(chǎn)品采用更多的視頻而開發(fā)，并加快相關(guān)產(chǎn)品上市,，安森美半導(dǎo)體推出開放的成像平臺(tái)MatrixCam,，提供通過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,。