智能感知推進(jìn)機(jī)器視覺應(yīng)用的發(fā)展

工業(yè)自動(dòng)化與人工智能息息相關(guān)，也與機(jī)器視覺息息相關(guān)。機(jī)器視覺技術(shù)可說是人工智能的分支技術(shù)，是全球智能化的“慧”眼圖像傳感器，影響著很多應(yīng)用的發(fā)展與增展，包括工業(yè)自動(dòng)化、機(jī)器人、安防/監(jiān)控、智能交通系統(tǒng)(ITS)、智能家居/樓宇、智能零售、虛擬實(shí)境(VR)/增強(qiáng)實(shí)境(AR)等等。全球圖像傳感器領(lǐng)袖安森美半導(dǎo)體傳承40多年的成像經(jīng)驗(yàn)，擁有2000多項(xiàng)成像專利，提供寬廣的智能感知陣容，包括電子卷簾快門前照式(FSI)/背照式(BSI) CMOS傳感器、全局快門CMOS傳感器、CCD傳感器及圖像信號(hào)處理器，光學(xué)格式從1/13英寸到35 mm，分辨率從100 K到5000萬像素，滿足不同的應(yīng)用需求并推動(dòng)創(chuàng)新。同時(shí)，安森美半導(dǎo)體也是全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體供應(yīng)商，提供電源控制模塊、邏輯單元、通信模塊、5G和無線網(wǎng)絡(luò)、工業(yè)局域網(wǎng)等領(lǐng)域配套的半導(dǎo)體芯片。

關(guān)鍵的成像技術(shù)

高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)、全局快門、近紅外增強(qiáng)(NIR+)、RGB-IR、功率可擴(kuò)展性都是增強(qiáng)嵌入式系統(tǒng)和機(jī)器視覺系統(tǒng)性能的關(guān)鍵成像技術(shù)。動(dòng)態(tài)范圍越高，越能呈現(xiàn)出高對(duì)比度、細(xì)節(jié)清晰的圖片。 全局快門則最大地消除運(yùn)動(dòng)偽影。關(guān)鍵的全局快門參數(shù)包括全局快門效率、讀出噪聲和靈敏度。安森美半導(dǎo)體的全局快門系列產(chǎn)品具備同類最佳的性能，促成廣泛的應(yīng)用，如條碼掃描、3D深度映射等高要求的應(yīng)用場(chǎng)景，除了消除運(yùn)動(dòng)偽影，還具備低噪聲、增強(qiáng)的深度范圍、快速捕獲等特性。NIR+技術(shù)可實(shí)現(xiàn)比標(biāo)準(zhǔn)硅工藝好3倍的靈敏度。采用RGB-IR能呈現(xiàn)更豐富、更逼真的圖片色彩。功率可擴(kuò)展性對(duì)于電池供電的攝像機(jī)是個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)，能在不同幀率有不同功耗，和持續(xù)運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)低功耗的高能效設(shè)計(jì)，如在1 fps時(shí)的低功耗模式。此外，減少LED閃爍(LFM)技術(shù)在汽車應(yīng)用中消除交通信號(hào)燈和汽車照明的高頻LED閃爍，有助于更安全地駕駛。

各種不同的機(jī)器視覺應(yīng)用需求

在自動(dòng)化領(lǐng)域，機(jī)器人需要高性價(jià)比的全局快門方案，裝配線需要高速全局快門，嵌入式/智能應(yīng)用則注重深度學(xué)習(xí)和人工智能，平板檢測(cè)要求超高分辨率;對(duì)于智能交通系統(tǒng)(ITS)，微光性能和全局快門很重要;針對(duì)掃描應(yīng)用，需要高性價(jià)比的全局快門;在運(yùn)動(dòng)分析領(lǐng)域，應(yīng)選用超高速全局快門方案。

安森美半導(dǎo)體提供廣泛的視覺方案，采用上述關(guān)鍵的成像技術(shù)，解決各種嵌入式和機(jī)器視覺系統(tǒng)的不同需求和挑戰(zhàn)。

圖1：先進(jìn)的產(chǎn)品陣容用于機(jī)器視覺和邊緣人工智能

4.5 μm ITCCD系列：高分辨率和真正的全局快門

CCD技術(shù)能夠滿足眾多工業(yè)成像應(yīng)用對(duì)圖像均勻性的要求;同時(shí)市場(chǎng)要求持續(xù)的像素開發(fā)達(dá)至更高的分辨率。如安森美半導(dǎo)體的4.5 μm ITCCD傳感器 KAI-43140適用于要求嚴(yán)格的檢測(cè)和航拍等應(yīng)用，采用35 mm光學(xué)格式，提供4300萬像素，與KAI-29050 / KAI-29052使用相同的封裝以簡(jiǎn)化升級(jí)。而最新推出的KAI-50140是當(dāng)前市場(chǎng)上分辨率最高的ITCCD圖像傳感器，提供5000萬像素，為智能手機(jī)顯示屏檢測(cè)、電路板檢測(cè)和機(jī)械裝配檢測(cè)以及空中偵察提供所需的關(guān)鍵成像細(xì)節(jié)和高圖像均勻性。KAI-50140采用2.18:1的縱橫比，與現(xiàn)代智能手機(jī)格式相匹配，減少檢測(cè)全顯示屏所需的圖像捕獲次數(shù)，并與當(dāng)紅的KAI-29050、KAI-29052和KAI-43140圖像傳感器使用相同的引腳定義。4.5 μm系列ITCCD提供比前代5.5 μm系列在相同幀率下高50%以上的分辨率，同時(shí)保持關(guān)鍵的成像性能，如高動(dòng)態(tài)范圍(>60 dB)、抑制拖尾、CCD級(jí)圖像均勻性和電子全局快門。

最初的攝像機(jī)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)人員使用每一款圖像傳感器都需從零開始設(shè)計(jì)開發(fā)，耗時(shí)費(fèi)力成本高。安森美半導(dǎo)體的ITCCD系列共享一個(gè)通用架構(gòu)，使單一的攝像機(jī)設(shè)計(jì)能夠支持各種不同的圖像傳感器，僅需微小的電氣變化便能用于現(xiàn)有的攝像機(jī)設(shè)計(jì)中，加快了采用新器件的上市時(shí)間。

PYTHON系列：2塊PCB支持8種分辨率

安森美半導(dǎo)體的PYTHON系列，僅需2塊PCB就能支持該系列中的所有8種分辨率(從VGA到25 Mp)，為要求嚴(yán)格的工業(yè)應(yīng)用如機(jī)器視覺、智能交通系統(tǒng)(ITS)、安防、監(jiān)控、醫(yī)療和科學(xué)提供高性能成像和簡(jiǎn)化的升級(jí)。

X-Class平臺(tái)：使單一攝像機(jī)設(shè)計(jì)能支持多種產(chǎn)品分辨率和不同的像素功能

X-Class平臺(tái)是PYTHON系列的更進(jìn)一步演進(jìn)，提供可擴(kuò)展的單一器件，適用于多種分辨率和像素，使單一攝像機(jī)設(shè)計(jì)不僅能夠擴(kuò)展圖像傳感器中的像素?cái)?shù)量，還能夠擴(kuò)展所使用的像素類型——無論是全局快門、卷簾快門、增加的動(dòng)態(tài)范圍，還是其他不同的功能。只要將像素置于X-Class平臺(tái)所用的通用高速低功耗幀中，就能夠充分利用單一攝像機(jī)設(shè)計(jì)提供所需的支持，采用高帶寬、低功耗架構(gòu)，是工廠自動(dòng)化、智能交通系統(tǒng)(ITS)、廣播成像、智能零售、機(jī)器人等應(yīng)用的理想選擇。

圖2：X-Class 平臺(tái)—— 演進(jìn)的設(shè)計(jì)功能

該平臺(tái)的XGS系列具備無與倫比的性能特征，在圖像質(zhì)量、功率密度、幀率、可支援的平臺(tái)、29 x 29 mm2兼容性、對(duì)客戶的支援及價(jià)格方面都優(yōu)于競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

隨著分辨率的上升，若像素尺寸不變，那么圖像傳感器芯片尺寸必然會(huì)越做越大，與其適配的鏡頭價(jià)格昂貴，這會(huì)增加整體成本。因而市場(chǎng)需要減小像素尺寸。X-Class平臺(tái)首兩款器件XGS 12000和XGS 8000采用先進(jìn)的3.2 μm全局快門像素，能在同樣的光學(xué)尺寸下提高分辨率，且先進(jìn)的像素設(shè)計(jì)確保不會(huì)因像素更小而影響圖像品質(zhì)，甚至提供更優(yōu)的低噪聲、高性能，同時(shí)全局快門確保捕獲移動(dòng)物體無運(yùn)動(dòng)偽影。

AR0237 RGB-IR：增強(qiáng)的夜視

RGB-IR版本AR0237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，尤其適用于安防應(yīng)用，具有210萬像素，分辨率1928 x 1088，能實(shí)現(xiàn)1080p/60 fps輸出，提供出色的微光性能和HDR，支持高動(dòng)態(tài)范圍的長(zhǎng)短交錯(cuò)曝光，同時(shí)使用紅外差譜技術(shù)以避免顏色的失真，也適用于機(jī)器人、AR/VR可穿戴、智能樓宇的成像應(yīng)用。

全局快門AR0144實(shí)現(xiàn)靜態(tài)和動(dòng)態(tài)場(chǎng)景下快速清晰準(zhǔn)確的成像

3.0 μm像素的AR0144采用了創(chuàng)新的全局快門設(shè)計(jì)，尺寸極緊湊，在條碼掃描器等靜態(tài)應(yīng)用中，AR0144易于設(shè)計(jì)進(jìn)手持式產(chǎn)品中，確保初次掃描省電、省時(shí)和方便。在無人機(jī)等動(dòng)態(tài)應(yīng)用中，該傳感器的低功耗特性能夠延長(zhǎng)充電時(shí)間間隔，其成像性能能夠更好地映射環(huán)境，避免嚴(yán)重碰撞。在3D攝像機(jī)和AR/VR設(shè)計(jì)中，AR0144可提供一種性價(jià)比更高、尺寸小的方案，用于捕捉雙重圖像進(jìn)行3D成圖或深度感知。AR0144是1/4英寸、100萬像素CMOS傳感器。

AR0431：集成NIR+能力、同步深度映射

增強(qiáng)的NIR+使AR0431即使在最暗的光照條件下也能實(shí)現(xiàn)更好的成像，從而幫助安防和物聯(lián)網(wǎng)攝像機(jī)設(shè)計(jì)人員創(chuàng)建高靈敏度的夜間模式，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(dòng)作視頻拍攝的應(yīng)用。其低功耗優(yōu)勢(shì)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(cè)模式下，功耗降至8 mW，成為電池供電型應(yīng)用的理想選擇。AR0431采用Super Depth 技術(shù)能夠從單一圖像傳感器同時(shí)獲取彩色圖像和深度映射，省下原本需要另外一個(gè)單獨(dú)提供深度映射功能的傳感器，實(shí)現(xiàn)AR/VR中簡(jiǎn)單的3D模型等功能。

AR0522：高動(dòng)態(tài)范圍與增強(qiáng)的微光性能相結(jié)合

AR0522作為安森美半導(dǎo)體高性能卷簾快門系列的器件之一，提供彩色和黑白色彩濾波陣列(CFA)配置選項(xiàng)，1/2.5英寸、510萬像素，基于一個(gè)2.2 μm BSI像素技術(shù)平臺(tái)，專為需要在微光條件下捕獲高分辨率、高質(zhì)量視頻的應(yīng)用而開發(fā)，其近紅外波長(zhǎng)的靈敏度大概是AR0521圖像傳感器的兩倍。

總結(jié)

安森美半導(dǎo)體是全球智能感知方案的領(lǐng)袖，并領(lǐng)先于供應(yīng)基于半導(dǎo)體的方案，傳承40多年成像專知，在機(jī)器視覺領(lǐng)域的市占稱冠全球，能充分利用先進(jìn)的成像技術(shù)和全面的CMOS和CCD圖像傳感器陣容以及廣泛的電源半導(dǎo)體產(chǎn)品陣容提供系統(tǒng)方案，滿足不同的應(yīng)用需求，并針對(duì)市場(chǎng)趨勢(shì)持續(xù)開發(fā)創(chuàng)新的方案，以配合機(jī)器視覺檢測(cè)和工業(yè)自動(dòng)化等工業(yè)成像應(yīng)用持續(xù)推進(jìn)的需求。同時(shí)，安森美半導(dǎo)體將持續(xù)注重中國(guó)，通過遍及全球的評(píng)估及應(yīng)用技術(shù)支持，幫助客戶應(yīng)對(duì)挑戰(zhàn)和實(shí)現(xiàn)創(chuàng)新。