新型超低功耗CMOS图像传感器：事件检测唤醒，输出统计分析数据
2026-05-01 21:49:17 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
意法半导体（ST）正式推出VD55G4和VD65G4两款超低功耗CMOS图像传感器，分辨率为56万像素。它们搭载全新的统计数据输出功能，助力研发人员更便捷地计算各类图像特征，同时更快完成面向应用场景的传感器参数配置。
据麦姆斯咨询报道，近日，意法半导体（ST）正式推出VD55G4和VD65G4两款超低功耗CMOS图像传感器，分辨率为56万像素 (804 x 704) 。它们搭载全新的统计数据输出功能，助力研发人员更便捷地计算各类图像特征，同时更快完成面向应用场景的传感器参数配置。同时，这两款CMOS图像传感器继承了上一代产品的自动白平衡、自动曝光及自动唤醒功能，经过优化后，工作功耗最低至0.9 mW。此外，这两款CMOS图像传感器支持最高12 MHz的I3C接口与最高42 MHz的SPI接口。得益于这些全新的接口特性，意法半导体得以展示一套运行在STM32U3微控制器（MCU）上的全新人脸识别演示方案，其中，该微控制器原生支持双路I3C总线。
VD55G4和VD65G4两款CMOS图像传感器
CMOS图像传感器的认知偏差
绝大多数工程师都清楚，机器视觉应用仍面临诸多挑战，但很少有人意识到，CMOS图像传感器本身对机器视觉系统的可靠运行至关重要。研发人员往往只关注软件架构、微控制器的计算吞吐量以及底层神经网络。同样，研发人员在深入评估CMOS图像传感器时，大多仅关注分辨率等少数关键技术参数。但实际情况是：CMOS图像传感器处理的数据量，远超出人眼所能看到的图像信息。事实上，当前行业存在一个普遍问题：多数研发人员并不懂得如何利用高端CMOS图像传感器输出的统计分析数据。
CMOS图像传感器行业正处在转型期。随着分辨率的不断提升，传统接口已无法承载传感器向MCU传输的海量数据。I2C接口高速模式的典型速率约3.4 Mb/s，仅为基于I3C的MIPI CSI-2接口速率的十分之一，并且两种接口所用导线数量相同，均为SDA、SCL两根信号线。随着研发人员从CMOS图像传感器获取更多高阶统计分析类数据的需求日益提升，接口带宽的重要性愈发凸显。在此应用场景下，将不同数据流分配至独立通道可大幅优化整体运行效率，而这一能力必须由传感器层级提供支持，否则无法实现。
同理，全局快门CMOS图像传感器的价值不仅在于成像画质本身，更取决于其图像信息采集机制。例如，为降低功耗、减少应用端计算负荷，行业常采用低帧率输出图像，如每秒1帧。但若传感器单帧分析与统计运算耗时过长，就可能出现丢帧或图像质量不佳的情况，并且前后帧画面差异显著。直接导致机器视觉应用出现计算误差、性能下降。为此研发人员往往依赖主控MCU弥补这类缺陷，但这会大幅增加系统整体功耗。
VD55G4与VD65G4特性优势
VD55G4与VD65G4是意法半导体VDx5Gx系列中首款向研发人员开放统计分析数据的CMOS图像传感器，可输出以往仅在传感器芯片内部处理的数据，这也是意法半导体推出全新产品型号的原因。新款CMOS图像传感器可在不牺牲成像性能、不延长启动时间的前提下输出统计数据，同时新增RGB彩色版本——VD65G4，而上一代VD55G1仅提供黑白版本。尽管黑白传感器仍是机器视觉应用的主流选择，但RGB版本的普及表明，如今众多人工智能（AI）系统已经开始依赖彩色信息，因此需要选用RGB彩色版本VD65G4。
新一代VDx5Gx系列CMOS图像传感器首次配备SPI接口，可实现56万像素分辨率RGB图像以每秒8帧的速率传输。该特性让设计人员可选用高性价比的微处理器来开发人脸识别应用，从而降低应用开发难度。此外，新款CMOS图像传感器采用独立I2C接口专门输出统计分析数据，设计人员可使用高带宽通道传输图像，用另一独立通道传输统计数据，便于进行应用参数调校。对功耗限制严苛的系统，还可通过I3C总线同时传输图像数据与参数配置数据。简而言之，意法半导体新一代CMOS图像传感器具备极高的接口配置灵活性。
新款CMOS图像传感器沿用VD55G1的成熟设计，采用40 nm底层三维（3D）堆叠背照式（BSI）架构。该架构可在提升传感器端数据处理能力的同时，不影响顶层光敏像素单元的灵敏度。这两款全局快门CMOS图像传感器均支持自动白平衡与自动唤醒功能。自动白平衡和自动曝光利用传感器统计数据，在渲染输出首帧前完成图像调校，通过多次曝光采样确定最佳画面亮度与白平衡参数。所有计算均在CMOS图像传感器内部完成，仅向主控MCU输出调校后的标准图像，大幅减少数据传输量。
自动唤醒功能可以实现单帧运动检测：依托自动曝光数据结合帧区域划分机制，实现低功耗、低延迟的运动检测。该功能完全在传感器内部运行，无需主控MCU参与。新款CMOS图像传感器搭载常开差分检测模式，可以持续跟踪帧间画面变化，并立即触发中断唤醒主控MCU。整套自动唤醒系统工作功耗仅为0.9~1.5 mW。
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