画像処理・カメラ向けASIC導入事例

カメラを搭載した機器は、監視カメラや車載カメラ、医療用カメラ、産業用検査装置、スマートフォンなど多岐にわたり、幅広い分野で使われています。これらの機器では、イメージセンサーで取得した映像を、いかに高速・低遅延・低消費電力で処理するかが製品の性能を左右します。

画像処理では、レンズやセンサー固有の補正、ノイズ除去、HDR合成、歪み補正、物体認識といった多くの演算を、限られた基板面積と電力のなかで実行しなければなりません。汎用のISP（イメージシグナルプロセッサ）や汎用SoCの組み合わせだけでは、処理性能・消費電力・実装面積の面で課題が残る場合があります。そこで選択肢となるのが、用途に合わせて回路を最適化する画像処理・カメラ向けのASICです。センサー駆動から信号処理、画像補正までを1チップ化しやすいため、カメラ機器の開発において有効な手段となります。

画像処理・カメラ分野でASICが求められる背景

デジタルカメラは、大きく4つの要素で構成されます。それぞれの役割を整理すると、どこを専用チップ化できるかが見えてきます。

これらの処理をすべて汎用ICで構成すると、部品点数や基板面積が増え、消費電力や処理遅延の面で不利になることがあります。カメラを搭載する機器は監視・車載・医療・産業など多様で、求められる解像度やフレームレート、電源条件も異なるため、用途に合わせて必要な回路だけを専用チップとして集積できるASICが向いています。

画像処理・カメラ向けASICの導入事例

画像処理・カメラ向けASICは、CMOSイメージセンサーのデジタル設計、リアルタイム画像処理、車載カメラ、センサー信号処理など、さまざまな分野で活用が検討されています。まずは4つの事例を一覧で見てから、それぞれを詳しく紹介します。

CMOSイメージセンサー向けデジタル設計の事例

CMOSイメージセンサーの分野では、監視カメラ・車載カメラ・医療機器などの用途に対応したデジタルブロック設計の事例があります。画素駆動系ではローリングシャッターやグローバルシャッター制御、HDR合成、ADC制御などの機能を実装し、画像処理系ではROI設定、画素加算、歪曲補正、スケーリングといった処理機能が搭載されています。

三栄ハイテックスの事例では、既存のカメラシステムをベースに、専用ISPとAPをFPGAで開発し、試作や少量生産に対応した実績も紹介されています。

リアルタイム画像鮮明化ISPのASIC・SoC化事例

暗所や逆光、霧・煙などの環境では、カメラ映像が不鮮明になり、監視や検査の精度が低下します。ロジック・アンド・デザインでは、独自の画像鮮明化アルゴリズム「LISr」をASICチップ「LISr-ISP SoC」として実装し、リアルタイム処理で0.004秒以内という低遅延の鮮明化を実現した事例を公開しています。

アルゴリズムをSoC化することで、より小型・省電力なモジュールとして構成できるとされています。

センサー信号処理を担うアナログASICの事例

イメージセンサーから得られる信号は微弱で、ノイズの影響を受けやすいため、増幅回路やフィルタ回路、A/D変換回路などの設計が画質を左右します。ジェピコ・セミコンダクターの開発事例では、各種センサーのドライブ回路や増幅回路、フィルタ回路、検出回路を最適に配置し、必要なアナログ信号成分のみを抽出するアナログASICが紹介されています。

画像処理・カメラ向けASIC開発で確認したいポイント

画像処理・カメラ向けASICを検討する際は、単に機能を集積するだけでなく、製品として求められる画質・処理速度・電力・量産性まで見据えて仕様を固めることが重要です。次の4点を押さえておきましょう。

01 IS・ISP・APのどこまでを1チップ化するか

カメラシステムは、イメージセンサー、ISP、APをどう分担させるかで構成が変わります。汎用品を組み合わせてコストを抑える構成もあれば、ISとISPを1つの専用ICにまとめて小型化する構成、専用ISP・APで高機能なカメラを実現する構成もあります。どの機能を専用チップ化するかによって、開発規模やコスト、差別化のポイントが変わるため、製品戦略に合わせた切り分けが必要です。

02 リアルタイム性と低遅延処理の要件

監視・車載・検査などの用途では、映像処理の遅延が判断の遅れに直結します。フレームレートや解像度、必要な画像処理の内容を整理し、どの処理を専用回路で高速化するかを検討することが重要です。

03 低消費電力化と発熱対策

常時稼働する監視カメラやバッテリー駆動のカメラ機器では、消費電力と発熱を抑える設計が欠かせません。必要なときだけ処理ブロックを動作させる、用途に不要な機能を省くといった最適化により、汎用品の組み合わせよりも効率的な電力制御が可能になります。

04 機能安全・長期供給への対応

車載や医療、産業用のカメラは、長期間の安定供給や機能安全への対応が求められることがあります。汎用ICのEOL（生産終了）による設計変更リスクを避けるうえでも、開発初期の段階で製造プロセスやパッケージ、代替性、量産数量、機能安全規格への対応を確認しておくことが大切です。

画像処理・カメラ向けASICは高画質・低遅延・省電力の選択肢