新興的視覺物聯(lián)網(wǎng)方案滿足不同的應(yīng)用需求

物聯(lián)網(wǎng)(IoT)將涉及大量的邊緣設(shè)備，需要由FOG節(jié)點將處理后的數(shù)據(jù)進(jìn)行聚合，進(jìn)而發(fā)送到云/數(shù)據(jù)中心，然后從云/數(shù)據(jù)中心再發(fā)送最終的指令經(jīng)由FOG到邊緣設(shè)備。未來邊緣設(shè)備的激增及添加人工智能(AI)進(jìn)行分析處理的特征，要求盡可能降低功耗和更智能。邊緣設(shè)備包括智能家居，其中有大量的新興應(yīng)用如安防、家電、助手和手勢識別等涉及視覺IoT，直觀/易用的成像子系統(tǒng)至關(guān)重要。

圖像傳感器領(lǐng)袖安森美半導(dǎo)體在視覺IoT領(lǐng)域具有獨特的優(yōu)勢，包括廣博的圖像傳感器陣容、領(lǐng)先行業(yè)并不斷改進(jìn)的成像技術(shù)、豐富的應(yīng)用專知和現(xiàn)場應(yīng)用工程團(tuán)隊支援等，滿足不同的成像應(yīng)用需求，推進(jìn)更智能、更低功耗、新興的視覺IoT應(yīng)用的關(guān)鍵進(jìn)展。

成像和機(jī)器視覺要求

視覺IoT涵蓋人看到的成像和通過算法處理的機(jī)器視覺。例如，安防攝像機(jī)呈現(xiàn)出人類看到的成像，視覺助手屬于機(jī)器視覺，可視門鈴則在用戶在家時直接提供成像，在用戶外出時進(jìn)行視頻錄制和比對，由于比對是通過算法進(jìn)行處理，所以這時就屬于機(jī)器視覺了。

對于傳統(tǒng)的成像，特定需求是高的圖像保真度。而對于機(jī)器視覺，性噪比和采樣是重要的因素，要求能準(zhǔn)確地捕獲移動物體。

同時，成像和機(jī)器視覺對圖像傳感器也有一些共同要求：如在不同的光照條件下，有強(qiáng)的環(huán)境光和微光同時存在時，需要好的像素性能實現(xiàn)出色的用戶體驗;通常要求視場寬， 有時需進(jìn)行魚眼校正;具性價比。

安防是未來視覺IoT最大的一個應(yīng)用領(lǐng)域

對于IP攝像機(jī)、外部攝像頭、可視門鈴等安防應(yīng)用，圖像品質(zhì)、高動態(tài)范圍(HDR)、微光性能和近紅外(NIR)是關(guān)鍵的性能因素。差異化因素包括低功耗和在日光/星光下的成像。

AR0237用于入門級安防應(yīng)用

安森美半導(dǎo)體的AR0237是適合這類應(yīng)用的最具性價比的一款圖像傳感器，具有210萬像素，分辨率1928 x 1088，能實現(xiàn)1080p/60 fps輸出，提供出色的微光性能和HDR，支持高動態(tài)范圍的長短交錯曝光，在捕獲到長曝光和短曝光的兩個圖像后，通過圖像信號處理器(ISP)合成后，選擇兩個圖像中最佳的曝光像素并最終合成為1張令您滿意的圖像。

AR0237有RGB和RGB-IR兩種版本，其中RGB-IR版本增強(qiáng)的NIR靈敏度增強(qiáng)夜視能力，使得攝像頭無需特別的濾色片進(jìn)行日/夜的切換，同時使用紅外差譜技術(shù)以避免顏色的失真。

超星光級AR0221：領(lǐng)先的微光靈敏度和信噪比

200萬像素的AR0221采用4.2 um背照式(BSI)像素技術(shù)，提供出色的3重曝光行交錯式HDR，分辨率1936 x 1096，支持1080p/30 fps的幀速率，信噪比最高達(dá)41.2 dB，其16:9的比例，具有鮮艷的色彩和高對比度。其它特性包括：陣列框選、自動黑電平校準(zhǔn)和板載溫度傳感器、工業(yè)級工作溫度范圍、以4通道MIPI CSI-2和HiSPi SLVS的形式提供雙數(shù)據(jù)接口，采用耐用、可靠且強(qiáng)固的iBGA封裝。

圖1很好地詮釋了AR0221為何可稱為超星光級的產(chǎn)品：兩張圖片都攝于無月光、無星光的夜晚，光照都小于0.01 lux，場景相同且都用相同的鏡頭，采用AR0221拍攝的圖像明顯比AR0237拍攝的圖像更清晰，且AR0221僅使用了26倍增益，而AR0237使用了67倍增益。

圖1：AR0221與 AR0237成像對比

AR0430：具備同步深度映射功能、低功耗

AR0430曾獲2018 CES嵌入式技術(shù)類創(chuàng)新獎，分辨率2316 x 1746，線性滿井電荷容量超過15Ke-，從而提供HDR，采用Super Depth 技術(shù)實現(xiàn)同步視頻和深度映射，能夠提供距攝像機(jī)一米以內(nèi)任何物體的30 fps視頻流和深度圖像，實現(xiàn)以手勢分析來控制智能IoT設(shè)備以及建立增強(qiáng)實境(AR)/虛擬實境(VR)中簡單3D模型等功能。

AR0430的低能耗性能使其僅需125 mW就能提供400萬像素、30 fps輸出;在低功耗監(jiān)測模式下，功耗降至8 mW。這在電池供電應(yīng)用中尤為重要。

在標(biāo)準(zhǔn)成像模式下，無論是日間還是夜間的光線條件，AR0430都能呈現(xiàn)高品質(zhì)的圖像。該器件的內(nèi)置功能使用戶能夠從單一圖像傳感器同時獲取彩色圖像和深度圖像，省下原本需要另外一個單獨提供深度映射功能的傳感器，從而降低成本。主要應(yīng)用場景如1080p 120fps慢動作視頻、1080p變焦、錄像和HDR成像。

AR0431：集成近紅外+(NIR+)能力、低功耗

AR0431是在AR0430的基礎(chǔ)上增加了增強(qiáng)的NIR+靈敏度技術(shù)。如圖2所示，創(chuàng)新的工藝使850 nm和940 nm光的靈敏度加倍，而不影響可見光靈敏度，從而幫助安防和物聯(lián)網(wǎng)攝像機(jī)設(shè)計人員創(chuàng)建高靈敏度的夜間模式。增強(qiáng)的NIR+使AR0431即使在最暗的光照條件下也能實現(xiàn)更好的成像。與AR0430相比，AR0431用更少的NIR LED，可節(jié)省成本和功耗，或以較低的速度運行LED而省電。若與AR0430用相同的LED，可獲得更好的細(xì)節(jié)，捕獲更多的光。

圖2：增強(qiáng)的NIR+提高靈敏度

AR0431基于2.0 um BSI像素，提供多種低功耗模式，幀速率最高120fps，非常適用于要求慢動作視頻拍攝的應(yīng)用。其低功耗優(yōu)勢，令其成為電池供電型安防攝像頭、運動相機(jī)、車內(nèi)行車記錄儀(DVR )和通用型監(jiān)控攝像頭的理想選擇。

家電成像應(yīng)用：AR0330實現(xiàn)高速圖像捕獲

在家電領(lǐng)域，常見的成像應(yīng)用如冰箱、咖啡機(jī)和掃地機(jī)器人等，關(guān)鍵性能因素包括支持運動的能力和HDR。由于小型化的需求，需要盡可能采用緊湊的方案，以實現(xiàn)差異化的競爭優(yōu)勢。如安森美半導(dǎo)體的小尺寸全高清AR0330，光學(xué)格式僅1/3英寸，有助于實現(xiàn)緊湊的設(shè)計，分辨率2304 x 1296，具有卓越的色彩準(zhǔn)確度，微光靈敏度和低噪聲水平，可實現(xiàn)高速圖像捕獲，并包括可調(diào)配置(增益、幀速率和曝光)，同時保持低功耗。

此外，上文提到的用于安防領(lǐng)域的AR0237和AR0430同樣適用于家電成像應(yīng)用。

“助手”是視覺IoT中非常有前景的一類應(yīng)用

如視覺助手、語音音響、服務(wù)/護(hù)理機(jī)器人等都屬于“助手”類應(yīng)用，快速對焦、HDR是這類應(yīng)用的關(guān)鍵性能因素，深度能力/智能是實現(xiàn)差異化的關(guān)鍵。

AR1335：通過PDAF快速對焦

AR1335采用相位檢測對焦(PDAF)技術(shù)，在用于視覺助手類應(yīng)用時能快速幫助把報紙、雜志、說明書上的圖片聚焦然后轉(zhuǎn)換為語音使用戶聽到。AR1335支持4K、30 fps輸出，基于1.1 um BSI像素，在1300萬像素、30 fps模式下的功耗為270 mW，其它特性包括：高靈敏度實現(xiàn)極佳的微光性能、高滿井電荷容量(LFW)實現(xiàn)HDR、3D同步控制支持立體視頻捕獲等。除了視覺助手，AR1335還可用于4K錄像、身體攝像機(jī)、無人機(jī)、運動攝像機(jī)等應(yīng)用。

機(jī)器人應(yīng)用

圖像傳感器用于如娛樂、掃地機(jī)器人、陪伴型機(jī)器人等應(yīng)用的關(guān)鍵性能因素是視覺定位，即對移動物體的成像，以及HDR。

全局快門AR0144解決拖影問題

眾所周知，采用卷簾快門對移動的物體曝光，圖像會產(chǎn)生拖影。全局快門可解決拖影問題。安森美半導(dǎo)體在全局快門傳感器市場處于領(lǐng)先的市場地位。

AR0144是安森美半導(dǎo)體的一款可謂是明星級的全局快門圖像傳感器，已大量用于掃描、無人機(jī)、AR/VR、機(jī)器視覺、360度攝像頭、深度攝像機(jī)等市場，采用3.0 um像素，提供領(lǐng)先的全局快門能效，在輸出100萬像素、60 fps時的功耗低于250 mW，能在靜態(tài)和動態(tài)場景應(yīng)用中捕捉準(zhǔn)確和快速的影像，尺寸極緊湊。

如圖3所示，采用卷簾快門的AR0141所捕獲到的轉(zhuǎn)動的風(fēng)扇內(nèi)的名片圖像已明顯變形，而采用全局快門的AR0144所捕獲的圖像沒有任何偽影。

圖3：AR0141對比AR0144

與同樣采用全局快門的競爭對手相比，AR0144的全局快門能效(GSE)比競爭對手好5倍，滿井電荷容量(LFW)好2倍。

圖4：AR0144提供同類最佳的LFW和GSE

在無人機(jī)等動態(tài)應(yīng)用中，AR0144的低功耗特性能夠延長充電時間間隔，其成像性能能更好地映射環(huán)境，避免嚴(yán)重碰撞。在3D攝像機(jī)和AR/VR設(shè)計中，AR0144可提供一種具性價比及小尺寸的方案，用于捕獲雙重圖像進(jìn)行3D成圖或深度感知。

此外，安森美半導(dǎo)體還提供AR0134和AR0135兩款全局快門傳感器，采用iBGA封裝，用于對可靠性要求更嚴(yán)格的應(yīng)用。三款全局快門傳感器的關(guān)鍵規(guī)格如下表所示。

表1：安森美半導(dǎo)體的全局快門傳感器

結(jié)語

物聯(lián)網(wǎng)邊緣設(shè)備未來會趨于更智能和盡可能降低功耗。其涵蓋的智能家居市場中大量的新興應(yīng)用將產(chǎn)生對成像子系統(tǒng)的需求，設(shè)計挑戰(zhàn)包括不受控制的光照環(huán)境和要求盡可能最低的功耗。通過把傳感器與系統(tǒng)單芯片(SoC)、鏡頭、模塊和算法結(jié)合在一起形成強(qiáng)大的生態(tài)系統(tǒng)以易于開發(fā)將至關(guān)重要。安森美半導(dǎo)體的優(yōu)勢不僅在于擁有領(lǐng)先的圖像傳感器技術(shù)解決光照條件、功耗等多方面的挑戰(zhàn)，提供差異化方案和推進(jìn)未來的趨勢，并具備廣博的陣容滿足不同的需求，還提供開發(fā)套件并結(jié)合行業(yè)伙伴的方案，幫助簡化設(shè)計和降低成本。