随着工业5.0时代的到来，机器视觉作为连接物理世界与数字世界的桥梁，正扮演着至关重要的角色，推动着工业自动化和智能制造的迅猛发展。在新兴市场，VR和AR设备的需求正呈现爆发式增长。先进的手持式二维码扫描仪、复杂精密的门禁系统、自动化机器人运动控制和协作机器人协同作业等应用已逐渐普及，为各行各业带来了高效与便捷。而这一切，都离不开小巧、节能的光学模组。

艾迈斯欧司朗图像传感器系列

作为全球知名的光学解决方案供应商之一，艾迈斯欧司朗拥有面阵、近红外增强面阵、线阵三大类不同系列的图像传感器（见图1）。这些传感器具有高帧率、高分辨率、高灵敏度等特点，可提供出色的图像质量；具有全局快门和卷帘快门，速度从58~300fps、80~120klines/s不等；具有不同的像素大小、光学尺寸，可满足不同应用对尺寸和分辨率的要求。

图1：艾迈斯欧司朗产品系0列。

针对可穿戴和移动设备这样空间受限且追求低功耗的领域，为了向可穿戴和移动设备的创新设计提供更多可能，艾迈斯欧司朗推出了Mira系列全局快门图像传感器。

Mira全局快门图像传感器的系列分类及性能特征

目前，艾迈斯欧司朗的Mira产品主要分为Mira220、Mira050和Mira016三大系列，其中数值分别代表220万、50万和16万像素。Mira产品的 （PLS NIR）近红外曝光效率可达-95dB，并且支持0°~30°的主光角（CRA）。

Mira产品三大系列具体性能征如下（见图2）：

• Mira220：其光学格式（1/2.7英寸）和尺寸（5.5×5.5mm²），适合需要高分辨率和优异图像质量的应用。其睡眠模式的功耗为4mW，在全分辨率和85fps帧率的工作条件下功耗为343mW。内部测试显示，Mira220在很多2D或3D传感系统使用的940nm近红外波长下具有高信噪比和高量子效率，最高可达36%。

• Mira050：封装尺寸相对较小，光学格式为1/7英寸，芯片大小为2.25×2.75mm²，具备出色的功耗控制能力，待机功耗低至60µW。在全分辨率和120fps帧率的条件下，功耗为47mW。Mira050还具有高量子效率，在近红外光谱中，940nm时量子效率为36%，850nm时为55%；在可见光范围内，550nm时高达93%。Mira050非常适合对尺寸和功耗有严格要求的场景，例如智能眼镜、VR头盔等。

• Mira016：尺寸最小，光学格式为1/11.6英寸，芯片大小为1.79×1.79mm²，功耗也是该系列中最低的，待机功耗仅为0.3mW。即使在极低功耗下，仍能提供较高的分辨率和帧率，适合对功耗要求极为严格的应用场景。

图2：Mira220、Mira050和Mira016三大系列主要性能。

艾迈斯欧司朗的Mira产品拥有以下优势：

（1）第三代全局快门技术能够实现所有像素的同时曝光，适用于捕捉和冻结快速移动的物体，避免运动伪影，特别适合于需要处理运动和脉冲照明的场景。

（2）传感器在近红外区域具有超过36%的量子效率（QE）和高信噪比（SNR），显著减少了对照明功率的需求，同时满足眼睛安全限制，更有助于简化热设计。基于电池的解决方案由于低功耗设计，具有更长的使用寿命。

（3）在940nm处的量子效率（QE）使其在小型化设计中表现突出，每平方毫米具备高像素密度。采用堆叠技术进一步减小了传感器的占地面积，而2.8μm的像素大小保证了其在空间受限的应用中仍能保持高灵敏度。

（4）传感器通过量子效率（QE）的优化实现了低功耗设计，在近红外光谱范围内提供高灵敏度，降低了在低光条件下的能耗。Mira050/016两个系列具备片上功耗管理功能，并支持检测模式，进一步优化了功耗和应用的适配。

Mira系列的技术创新性

众所周知，每个传感器都由许多单独的像素组成，它们以矩阵布局的形式排列。每个像素由一个微透镜、一个光电二极管和一个读出晶体管组成。在正面照明的传感器中，晶体管矩阵放置在光电二极管前面，光线在到达透镜之前必须穿过复杂的电路和晶体管网格，这可能会部分阻碍光线的传播。而Mira系列所采用的背照（BSI）技术实现芯片的堆叠，有效地调换了光电二极管和电路层的位置，使得电路不会阻挡光线的进入。这种设计大大提高了传感器的光收集效率，从而增强了其灵敏度，改善了全方位的图像质量，包括提升了动态范围和低光条件下的表现能力（见图3）。

图3：像素的构成和不同的技术。

Mira050和Mira016引入了一种片内独特的像素内背景减除技术，能够在像素内部有效地消除背景光，从而显著节省能量和时间。得益于该技术，Mira050、Mira016传感器具有以下显著优势：首先，它能在单帧内快速生成点阵图案；其次，通过仅需单次图像数据读出时间，使读出时功耗降低50%，大幅减少了功耗。相比之下，竞争对手需要读取两帧才能提供相同的点阵图案，需要两次ADC和MIPI读出操作，因此功耗更高。此外，竞争对手还需要进行外部处理，进一步增加了系统的功耗需求。

Mira050和Mira016还增加了芯片事件检测功能，启用该功能时使用的帧率为1fps，相较于正常模式的200fps，大幅降低了能耗，在事件检测模式下功耗仅为3mW。该模式的分辨率可编程，最大可达600 x 800。在这一模式下，通过标记感兴趣区域（ROI）中的移动物体，实现低功耗的持续监控和检测，从而在能耗和处理时间上节省资源。

此外，Mira系列还具备直方图功能，可以在3mW事件检测模式下生成32个灰度级别范围的直方图，提供对ROI的快速灰阶分析，便于控制曝光、照明或增益设置。这些特性显著减少了数据读取频率，降低了系统整体功耗，使电池供电的解决方案更加持久，同时保持了对事件的快速响应能力。

Mira系列开发板、评估工具和平台

为以方便用户评估测试Mira系列的性能和测试，艾迈斯欧司朗提供了一系列开发板、评估工具和平台。目前，基于Mira050传感器开发的第一代产品（Gen 1），其具有灵活调整分辨率及ROI位置功能，并安装在传感器板EVK上。该版本使用手动对齐的WLO镜头，优化了位置和图像质量，适用于850nm波长，视场角为75°。

基于Mira016传感器开发的第二代产品（Gen 2），也使用手动对齐的WLO镜头，但相较于第一代产品，性能有所提升，具备抗反射结构和杂散光抑制功能，适用于940nm波长。2024年下半年推出的第二代Mira016 WLO传感器模块，采用自动主动对齐技术，适用于940nm波长，具有更大的视场角，并且具备回流焊接能力。

与此同时，艾迈斯欧司朗为开发者和工程师提供了一个高效的树莓派（Raspberry Pi）评估系统，该系统使用了树莓派4型号B，搭载Broadcom BCM2711四核Cortex-A72（ARM v8）处理器，提供了一个用于演示和评估的套件。评估系统配备了S型安装的镜头，并通过USB3（带GUI）和HDMI接口连接，便于用户进行操作和图像捕获。用户可以通过图形用户界面（GUI）进行图像传感器的控制和设置，实时查看视频反馈，并捕捉图像。该评估系统还包含了详细的支持包，包括电路图、固件、图形用户界面和用户指南，为用户提供全面的评估和开发支持。

图4：树莓派（Raspberry Pi）评估系统。

此外，还有传感器配置工具——I2C配置助手。这个配置工具支持多项传感器设置，用户可以通过直观的GUI界面方便地进行各项设置，例如数据速率、CSI2数据类型（8位、10位或12位）、垂直和水平ROI参数后，直接生产响应的寄存器列表。该工具不仅简化了传感器配置的复杂性，还提高了开发和调试效率，是一个强大的传感器配置管理工具。

应用场景

综上所述，Mira系列全局快门图像传感器具有最新的2D和3D传感系统所需的低功耗和小尺寸的特点。Mira系列全局快门图像传感器不仅能够满足可穿戴和移动设备的需求，还能够满足其它工业和消费类应用的需求，包括家庭机器人、无人机、条码扫描、访问控制和安防、增强现实/虚拟现实、工业机器人、眼动追踪、计算设备、智能家电、家庭和楼宇自动化、工厂自动化等等。

艾迈斯欧司朗的Mira系列传感器为可穿戴和移动设备的机器视觉应用提供的解决方案，助力客户实现智能制造，推动了产业升级。随着技术的不断发展，Mira系列传感器将会提供更优秀的性能和更丰富的功能，推动机器视觉技术在各领域的广泛应用。

转自：艾迈斯欧司朗

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