Ultraniedrigenergie-Bildsensoren für Edge-AI-Geräte

STMicroelectronics hat eine neue Generation ultraniedrig energieverbrauchender Bildsensoren vorgestellt, die kontinuierliche, eingebettete Bildverarbeitung in kompakten elektronischen Systemen ermöglichen. Die Sensoren VD55G4 (monochrom) und VD65G4 (RGB) sind für Anwendungen ausgelegt, die eine permanente visuelle Erfassung unter strengen Anforderungen an Energieverbrauch und Baugröße erfordern, darunter Wearables, Extended-Reality-Geräte und intelligente IoT-Knoten.

Always-on-Vision für energiebegrenzte Systeme
Die neuen Sensoren erweitern das BrightSense-Portfolio mit Fokus auf Edge-AI-Vision und mikrocontrollerbasierte Architekturen. Sie kombinieren eine Global-Shutter-Technologie mit einer Detect-and-Wake-Architektur, die eine kontinuierliche Szenenüberwachung bei minimalem Energieverbrauch ermöglicht.

Dieses Konzept unterstützt einen ereignisgesteuerten Betrieb, bei dem der Hauptprozessor nur bei relevanten Änderungen im Sichtfeld aktiviert wird. Dadurch entfällt die Notwendigkeit kontinuierlicher Datenübertragung, was den Gesamtenergieverbrauch des Systems deutlich reduziert  ein entscheidender Vorteil für batteriebetriebene und energieautarke Geräte.

Die Sensoren arbeiten mit einer Auflösung von etwa 800 × 700 Pixeln und 10 Bildern pro Sekunde. Der Energieverbrauch kann dabei unter vergleichbaren Bedingungen bis zu zehnmal niedriger sein als bei herkömmlichen Global-Shutter-Sensoren. Diese Effizienz wird durch optimierte Pixelstrukturen, stromsparende Ausleseschaltungen und einen dedizierten Always-on-Modus erreicht.

Anwendungen in Wearables, XR und Smart Devices
Die VD55G4- und VD65G4-Sensoren sind für Anwendungen konzipiert, bei denen Embedded-Vision-Systeme dauerhaft aktiv sein müssen, ohne die Energieeffizienz zu beeinträchtigen.

In Wearables ermöglichen sie Funktionen wie Anwesenheitserkennung, Gestensteuerung und kontextabhängige Benachrichtigungen bei gleichzeitig langer Batterielaufzeit. Die direkte Anbindung an Mikrocontroller vereinfacht die Systemarchitektur und reduziert den Bedarf an energieintensiveren Prozessoren.

In AR/VR- und XR-Headsets unterstützen sie präzises Tracking und räumliche Wahrnehmung. Der Global Shutter vermeidet Bewegungsartefakte und ist damit entscheidend für stabile und genaue Interaktionen in immersiven Anwendungen.

In Smart-Home-Geräten, medizinischen Anwendungen und industriellen IoT-Systemen ermöglichen die Sensoren eine lokale Datenverarbeitung. Dies reduziert die Abhängigkeit von Cloud-Infrastrukturen, senkt die Latenz und verbessert den Datenschutz. Aufgrund ihrer Energieeffizienz eignen sie sich zudem für Systeme mit Energiegewinnung, etwa durch Solarzellen.

Sensorarchitektur und Integration
Die Sensoren basieren auf einer 3D-gestapelten Halbleiterarchitektur mit 65-nm- und 40-nm-Prozesstechnologie auf 300-mm-Wafern. Diese Struktur trennt lichtempfindliche und logische Schichten, wodurch sowohl die Bildqualität als auch die Energieeffizienz optimiert werden.

Das kompakte optische Format sowie integrierte Bildverarbeitung reduzieren den Bedarf an externen Komponenten, senken die Systemkosten und erleichtern die Integration in platzkritische Designs. Die Schnittstellen sind speziell für die direkte Anbindung an Mikrocontroller und kosteneffiziente System-on-Chip-Plattformen ausgelegt.

Entwicklungsökosystem für Embedded Vision
Zur Unterstützung der Entwicklung stellt STMicroelectronics ein umfassendes Ökosystem bereit, darunter Evaluierungsboards für STM32- und Raspberry-Pi-Plattformen, Kameramodule, Softwaretreiber und ein Software Development Kit.

Diese Werkzeuge ermöglichen eine schnelle Prototypenerstellung und Implementierung von Always-on-Vision-Anwendungen, insbesondere in verteilten Edge-AI-Systemen, bei denen die Datenverarbeitung lokal erfolgt.

Einordnung im Bildsensor-Markt
Im Vergleich zu herkömmlichen Global-Shutter-Sensoren, die häufig auf maximale Bildqualität und Geschwindigkeit ausgelegt sind, setzen die VD55G4- und VD65G4-Modelle auf Energieeffizienz und ereignisgesteuerten Betrieb. Damit adressieren sie gezielt den wachsenden Markt für Edge-AI-Vision und energieoptimierte IoT-Anwendungen.

Durch die Kombination aus niedrigem Energieverbrauch, Mikrocontroller-Kompatibilität und kompakter Bauweise schließen diese Sensoren eine Lücke zwischen klassischen Hochleistungssensoren und den Anforderungen moderner, energieeffizienter Embedded-Systeme.

Bearbeitet von der Industriejournalistin Sucithra Mani mit Unterstützung von KI.

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