سنسور تصویر STMicro VD65G4 و VD55G4 | فوق کم‌مصرف برای Edge AI

به گفته CNX Software – Embedded Systems News

سنسورهای VD65G4 و VD55G4 شرکت STMicroelectronics، حسگرهای تصویر CMOS با وضوح 0.56 مگاپیکسل و تکنولوژی Global Shutter با مصرف توان فوق‌العاده پایین (Ultra-low power) هستند که برای کاربردهای هوش مصنوعی لبه مبتنی بر باتری و سیستم‌های بینایی همیشه روشن طراحی شده‌اند.

تفاوت اصلی بین این دو سنسور در این است که VD65G4 دارای الگوی رنگی RGB Bayer است، در حالی که VD55G4 یک سنسور تک‌رنگ (Monochrome) است که برای ثبت نور مرئی تا طیف مادون قرمز نزدیک (NIR) طراحی شده است. هر دو سنسور از فرمت اپتیکال فشرده 1/9 اینچی و فاصله پیکسلی 2.16 میکرومتر بهره می‌برند و با استفاده از فناوری‌های نوردهی از پشت Back Side Illuminated (BSI)، تکنولوژی CDTI و استک‌سازی سه‌بعدی (3D stacking)، به ابعاد بسیار کوچک 2.73 در 2.16 میلی‌متر برای تراشه خام بدون بسته‌بندی (bare-die) دست یافته‌اند.

مشخصات فنی سنسورهای STMicro VD65G4 و VD55G4

• رزولوشن: 0.56 مگاپیکسل (804 × 704 پیکسل)
• رنگ‌بندی (Chroma)
  • VD65G4: مدل تمام‌رنگی با الگوی RGB Bayer (RGGB).
  • VD55G4: مدل تک‌رنگ (شفاف، پشتیبانی از نور مرئی تا NIR).
• مشخصات اپتیکال: فرمت اپتیکال 1/9 اینچ (2.3 میلی‌متر) با CRA خطی 30 درجه و نسبت ابعاد نزدیک به 1:1.
• تکنولوژی پیکسل: اندازه پیکسل 2.16 µm x 2.16 µm با استفاده از Global Shutter، BSI، CDTI و 3D stacking.
• نرخ فریم: تا 184 فریم بر ثانیه در رزولوشن کامل، 271 فریم بر ثانیه در VGA و 480 فریم بر ثانیه در QVGA.
• محدوده دینامیکی (Dynamic Range): 68 دسی‌بل.
• فرمت‌های خروجی: RAW8, RAW10.
• رابط‌های ارتباطی (Interfaces):
  • انتقال داده: MIPI CSI-2 (یک لاین)، I3C یا رابط SPI (یک لاین)
  • کنترل: I2C (تا 1 مگاهرتز) یا I3C (تا 12.5 مگاهرتز)
• ویژگی‌های پردازش داخلی:
  • نوردهی خودکار (Autoexposure) سخت‌افزاری
  • کالیبراسیون تاریکی خودکار
  • کاهش نویز
  • اصلاح پیکسل‌های معیوب
  • اصلاح گاما
  • حذف پس‌زمینه (Image difference mode)
  • آمارهای فریم قابل برنامه‌ریزی 4×4
  • مدیریت کانتکست (تا 4 کانتکست)
• تغذیه و ولتاژ کاری:
  • ولتاژ هسته (VCORE): 1.1 ولت
  • ولتاژ ورودی/خروجی (VDDIO): 1.2 یا 1.8 ولت
  • ولتاژ آنالوگ (VANA): 2.8 ولت
• مصرف توان: 35 میلی‌وات به صورت معمول در 60 فریم بر ثانیه، 1 تا 2 میلی‌وات در حالت بیداری خودکار (auto wake-up) و 0.8 میلی‌وات در حالت استندبای.
• ابعاد: Bare die با 43 پین در ویفر بازسازی شده، با ابعاد 2.73 × 2.16 میلی‌متر.
• محدوده دمای کاری: 30- تا 85+ درجه سانتی‌گراد.

نمودار بلوکی ساده‌شده سنسورهای VD65G4 و VD55G4

 

سنسورهای STMicro VD65G4 و VD55G4

این سنسورهای کوچک با رزولوشن پایین برای گجت‌های پوشیدنی، هدست‌های AR/VR و لوازم خانگی هوشمند بهینه شده‌اند. این سنسورها در نرخ 60 فریم بر ثانیه معمولاً 35 میلی‌وات توان مصرف می‌کنند، اما نکته مهم‌تر، برخورداری آن‌ها از حالت “auto wake-up” است که مصرف را به تنها 1 تا 2 میلی‌وات کاهش می‌دهد.

شرکت ST این محصول را به عنوان یک جایگزین فوق‌کم‌مصرف برای سنسورهای PIR در دوربین‌های مداربسته (IP Cameras) معرفی می‌کند تا میزان هشدارهای کاذب کاهش یابد. در این حالت کم‌مصرف، سنسور می‌تواند به صورت کاملا مستقل حرکت را تشخیص داده و تنها در صورت وقوع یک رخداد واقعی، میکروکنترلر میزبان (SoC) را از خواب بیدار کند. این قابلیت به سیستم اجازه می‌دهد تا دوربین اصلی با رزولوشن بالا را فقط در صورت لزوم فعال کند و نیاز به استریم ویدئویی مداوم، پرمصرف و ۲۴ ساعته را از بین می‌برد.

VG65G4 low power auto wakeup event driven vision

برای کاهش بار کاری پردازنده اصلی، شرکت ST چندین قابلیت سخت‌افزاری از جمله نوردهی خودکار و کاهش نویز را از طریق طراحی معماری سه‌بعدی مستقیماً درون خود سنسور ادغام کرده است. سنسور همچنین می‌تواند وظایفی مانند تولید آمارهای فریم 4×4، مدیریت تنظیمات متعدد (Contexts) و حذف پس‌زمینه (با مقایسه فریم‌های متوالی) را به‌صورت سخت‌افزاری (On-chip) انجام دهد.

جهت تسهیل فرآیند توسعه، این شرکت در حال تولید ماژول‌های دوربین ارزیابی با نام‌های CAM-65G4 و CAM-55G4 و همچنین بردهای توسعه با نام‌های VD65G4 P-Board و VD55G4 S-Board است که به گفته شرکت، به زودی برای خرید آنلاین در دسترس خواهند بود.

برد STEVAL-CAM-M0I (P-Board)؛ یک کیت توسعه عمومی MIPI CSI-2

برد P-Board (با پارت نامبر STEVAL-CAM-M0I1) یک کیت توسعه ساده است که ماژول‌های دوربین ST BrightSense را متصل می‌کند. این برد دارای خروجی MIPI CSI-2 با قابلیت کنترل از طریق I2C است و از طریق کابل فلت (FFC) برای ادغام سریع (plug-and-play) با سیستم‌هایی مانند Raspberry Pi و STM32 متصل می‌شود. این برد از ماژول‌های قابل تعویض با سنسورها و لنزهای مختلف پشتیبانی می‌کند که تست پیکربندی‌های نوری مختلف را برای مهندسان آسان می‌سازد.

کیت توسعه اصلی STEVAL-EVK-U0I1 مبتنی بر رابط USB

علاوه بر این، شرکت محصول EVK Main (با پارت نامبر STEVAL-EVK-U0I1) را نیز ارائه می‌دهد که یک کیت ارزیابی مبتنی بر USB برای تست سنسورهای تصویر روی کامپیوتر است. این کیت شامل یک مادربرد با خروجی USB Type-C (استاندارد USB 3.0) و یک هولدر مکانیکی است. همچنین با ارائه تنظیمات سریع و نرم‌افزار رایگان STSW-IMG501، امکان استریم زنده و تست سنسور را فراهم می‌کند. این کیت هم از ماژول‌های آماده و هم از تنظیمات سفارشی با لنزهای استاندارد M12 پشتیبانی می‌کند که باعث می‌شود در مراحل مختلف تحقیق و توسعه قابل استفاده مجدد باشد.

سبد محصولات سنسور تصویر CMOS شرکت STMicroelectronics از خانواده BrightSense به همراه سنسورهای جدید 0.56 مگاپیکسلی VD65G4 و VD55G43