微型電池驅(qū)動(dòng)的設(shè)備是最明顯的受益于嵌入式視覺(jué)的應(yīng)用程序，因?yàn)橥獠坑?jì)算機(jī)阻止任何便攜式應(yīng)用程序的發(fā)生。為了降低系統(tǒng)的能耗，圖像傳感器現(xiàn)在包含了多種功能，使系統(tǒng)設(shè)計(jì)者能夠節(jié)省電力。

從傳感器角度出發(fā)，有多種方法減小嵌入式視覺(jué)系統(tǒng)功耗而不損采集幀率。最簡(jiǎn)單的方法是通過(guò)盡可能長(zhǎng)時(shí)間使用待機(jī)或閑置模式，在系統(tǒng)級(jí)最小化傳感器本身的動(dòng)態(tài)操作。待機(jī)模式通過(guò)關(guān)閉仿真電路，把傳感器的功耗降低到工作模式的 10%以下。而閑置模式則可把功耗減半，并讓傳感器在數(shù)微秒內(nèi)重新啟動(dòng)獲取圖像。

而在傳感器設(shè)計(jì)集成節(jié)能的另一個(gè)方法是采用先進(jìn)光刻節(jié)點(diǎn)技術(shù)。技術(shù)節(jié)點(diǎn)越小，轉(zhuǎn)換晶體管所需的電壓便越小，由于功耗與電壓成正比，這樣就能降低功耗。所以10年前使用180nm技術(shù)生產(chǎn)的像素不單把晶體管縮小到110nm，同時(shí)也把數(shù)字電路的電壓從1.9伏降到1.2伏。下一世代的傳感器將使用65nm技術(shù)節(jié)點(diǎn)，使得嵌入式視覺(jué)應(yīng)用更省能。

最后一點(diǎn)是，通過(guò)選擇合適的圖像傳感器，可以在某些條件下降低LED燈的能耗。有一些系統(tǒng)必須使用主動(dòng)照明，例如三維地圖生成、動(dòng)作停頓、或是純粹使用順序脈沖指定波長(zhǎng)來(lái)提高反差。在這些情形下，減低圖像傳感器在低亮度環(huán)境下的噪聲便能實(shí)現(xiàn)更低的功耗。減小了傳感器噪聲，工程人員便可決定減小電流密度強(qiáng)度，或是減小集成進(jìn)嵌入式視覺(jué)系統(tǒng)的 LED 燈數(shù)目。在其他情況下，當(dāng)圖像捕獲和 LED 閃爍由外部事件觸發(fā)時(shí)，選擇適當(dāng)?shù)膫鞲衅髯x出結(jié)構(gòu)可以顯著節(jié)省電能。使用傳統(tǒng)卷簾快門傳感器，幀全曝光時(shí) LED 燈必需全開，而全局快門傳感器則允許只在幀的某部份開動(dòng) LED 燈。所以如使用像素內(nèi)相關(guān)雙采樣(CDS)應(yīng)用下，以全局快門傳感器替代卷簾快門傳感器就可以節(jié)省照明成本，同時(shí)仍保持與顯微鏡中使用的 CCD 傳感器一樣低的噪聲。

3.?片上功能為應(yīng)用程序設(shè)計(jì)的視覺(jué)系統(tǒng)鋪平了道路

嵌入式視覺(jué)的一些偏鋒延展概念，引導(dǎo)我們對(duì)圖像傳感器進(jìn)行全面定制，以 3D 堆疊方式集成所有處理功能（芯片上的系統(tǒng)）?以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化性能和功耗。不過(guò)，開發(fā)這一類產(chǎn)品的成本十分高昂，能夠達(dá)到這一集成水平的全定制傳感器長(zhǎng)遠(yuǎn)來(lái)說(shuō)并非完全不可能，而現(xiàn)在我們正處于一個(gè)過(guò)渡階段，包含將某些功能直接嵌入到傳感器，以減省計(jì)算負(fù)載和加快處理時(shí)間。

例如在條形碼閱讀應(yīng)用， Teledyne?e2v?公司已擁有專利技術(shù)，將包含一個(gè)專有條形碼識(shí)別算法的嵌入式 功能加進(jìn)傳感器芯片，這算法可以找出每一幀幅內(nèi)的條形碼位置，讓圖像信號(hào)處理器只需聚焦于這些范圍， 提高數(shù)據(jù)處理效率。

圖二：Teledyne?e2v?Snappy?五百萬(wàn)像素芯片，自動(dòng)識(shí)別條形碼位置

另一個(gè)減少處理負(fù)載和優(yōu)化“良好”數(shù)據(jù)的功能是 Teledyne?E2V?的專利快速曝光模式，該模式使傳感器能夠自動(dòng)校正曝光時(shí)間，以避免照明條件變化時(shí)出現(xiàn)飽和。這項(xiàng)功能優(yōu)化了處理時(shí)間，因?yàn)樗m應(yīng)了單幀中光照的波動(dòng)，而且這種快速反應(yīng)最大限度地減少了處理器需要處理的“壞”圖像的數(shù)量。

這些功能通常是特定的，需要很好地理解客戶的應(yīng)用程序。只要對(duì)應(yīng)用程序有足夠的了解，就可以設(shè)計(jì)多種其他片上功能來(lái)優(yōu)化嵌入式視覺(jué)系統(tǒng)。

4.?減小重量尺寸以配合最小應(yīng)用空間

嵌入式視覺(jué)系統(tǒng)的另一主要要求是能夠配合狹小空間，或是重量要小，以便用于手持式設(shè)備/或延長(zhǎng)電池推動(dòng)產(chǎn)品的工作時(shí)間。這就是現(xiàn)在大部份嵌入式視覺(jué)系統(tǒng)使用只有 1MP 到 5MP 的低分辨率小型光學(xué)格式傳感器的原因。

減小像素芯片的尺寸只是減小圖像傳感器占位面積和重量的第一步。現(xiàn)在的 65nm 工藝讓我們能夠把全局快門像素尺寸減小至 2.5μm 而不損光電性能。這種生產(chǎn)工藝使得諸如全高清全局快門 CMOS 圖像傳感器能夠配合手機(jī)市場(chǎng)要求小于 1/3 英寸的規(guī)格。

減小傳感器重量和占位面積的另一主要技術(shù)是縮小封裝尺寸。芯片級(jí)封裝在過(guò)去數(shù)年在市場(chǎng)迅速成長(zhǎng)， 在移動(dòng)、車載電子和醫(yī)療應(yīng)用中特別明顯。相較用工業(yè)市場(chǎng)常用的傳統(tǒng)陶瓷?(Ceramic Land Grid Array， 簡(jiǎn)稱 CLGA) 封裝，芯片級(jí)扇出封裝能夠?qū)崿F(xiàn)更高密度連接，因而是嵌入式系統(tǒng)圖像傳感器輕量化小型化挑戰(zhàn)的出色解決方案。例如 Teledyne e2v 的 Emerald 2M 圖像傳感器芯片級(jí)封裝，側(cè)高只是陶瓷封裝的一半，而尺寸則減小 30%。

圖 3：同一芯片采用CLGA 封裝(圖左)和晶圓級(jí)扇出有機(jī)封裝(圖右)的比較。后者能夠減少占位、厚度和成本。.