從安森美機器視覺展方案看，智能感知技術有哪些新發展
關鍵詞： 智能感知
當下，智能家居、AR/VR、工業自動化、機器人和物聯網（IoT）等領域的發展勢頭非常強勁，而智能感知技術在其中扮演著至關重要的角色。這項技術的不斷創新不僅推動了工業4.0和工業物聯網（IIoT）等技術的普及和應用，也助力各行各業的數字化轉型，并加速了數據分析、物聯網、機器學習、云計算和人工智能（AI）等先進技術的相互融合。為了實現實時決策、提高生產效率和自動化水平，我們迫切需要先進的智能感知解決方案。
上周，在慕尼黑上海電子展同期舉辦的中國（上海）機器視覺展上，安森美（onsemi）公司攜一系列智能感知方案亮相。與此同時，該公司三位高管也對這些最新的方案和差異化的產品，以及如何賦能行業躍遷進行了深入解讀。
安森美工業和消費應用感知部門最新業務進展
據安森美智能感知事業群工業及消費應用分部副總裁兼總經理John Gerard介紹，安森美工業和消費應用感知部門的業務主要集中在高增長、高性能的應用上。其工業級專用傳感器具有獨特的特性，可助力客戶實現差異化的感知方案。安森美今年有5個新產品系列進入量產，包括全局曝光、局部曝光和用于深度感知的新的智能iToF傳感器。他表示，安森美在這個尖端技術方面投入了很多。安森美在整個全球工業圖像傳感器領域占據了31%份額。公司的強項是根據市場需求加入了特殊功能，和合作伙伴（不管是SoC廠商還是其他生態伙伴）強強聯合。“70%好萊塢電影拍攝都采用基于我們技術的ARRI攝像機，去年印度發射上天的登月船也采用了我們的傳感器，還有我們的Hyperlux LP低功耗獲獎產品。”Gerard說道。
安森美智能感知事業群工業及消費應用分部副總裁兼總經理John Gerard
現代圖像傳感器的發明者
安森美從最早的CCD傳感器到現在有很長的歷史，并有很多合作伙伴和經典里程碑成像產品，包括首臺原型數碼相機，并逐步擴展到低功耗消費和汽車、工業等超過25個細分領域，包括Smart TV、AR/VR/MR、深度檢測等等。安森美也可以根據應用需求提供RGB、RGBIR型號。
復雜的半導體器件——從光子到輸出
安森美提供非常高精尖技術的傳感器。如下圖所示，最下面一層主要是數字邏輯和模擬，把它結合起來，套上上面的各種技術，就可將傳感器做得很小。
端到端能力與保證——內外部制造與供應鏈
onsemi可以提供從頭到尾的端到端產線，給客戶提供完整的解決方案。“我們內部可以完全把幾個制造步驟做完，當然也可以找外部做，我們內部和外部都可以支持，對客戶供應鏈策略來說也可以平衡考慮。”Gerard說。
從系統來說，安森美有自己的技術，并可以做成模塊。在軟件方面也可以提供整套開發包給客戶。“我們也是從晶圓制造到最終測試均可提供強大而靈活的能力。”Gerard指出。
為機器視覺的發展鋪平道路
據安森美智能感知事業群工業及消費應用分部產品線總監Danny Scheffer介紹，onsemi的三個主要市場是：PCB/太陽能/硅/平板監測、電池檢測、通用機器視覺。“我們現在做了很多產品，電池檢測、太陽能方面用到很多，還有一般用途的就更廣了，如食品檢測等等很多的應用。”Scheffer談道。
安森美智能感知事業群工業及消費應用分部產品線總監Danny Scheffer
他指出，機器視覺傳感器的應用有幾個要求：
客戶對傳感器多種工作模式的靈活性提出了要求，從而讓傳感器用途變得更加廣泛；
全局曝光/快門的傳感器需要有出色的快門效率、高量子效率（QE）和高響應度；
客戶要求分辨率范圍從VGA到300M像素以上，對應的產品范圍就非常廣泛；
應用的多樣性意味著需要有廣泛的產品組合來支持，同時需要易用性、高幀率，以及增強的NIR 響應。
機器視覺趨勢與關鍵性能參數
Scheffer指出，首先，機器視覺應用需要將分辨率從VGA提高到遠超過100Mp，還有動態范圍、低光、近紅外等各種要求，掃描幀率可以在30、60至120ps甚至更高。
寬動態也是一個要求。高低光線不一樣時也要可以檢測得更清楚，如低光，XGS（3.2mm），條件不好時也可以把缺陷找出來。還有近紅外，850nm/940um的LED現在在工業上也用得很廣。
全局快門傳感器和工業級性能
對運動圖像來說，全局曝光是非常重要的參數。高全局快門效率（GSE）可以做到看不出任何滲光，低GSE則會在后面產生拖影。“我們的GSE非常高，沒有拖影現象。”Scheffer說。
“模塊化傳輸頻率（MTF）清晰度也是一個非常重要的參數，用于判斷清晰度，不好就看不清楚。我們的MTF很好，所以看得清楚。”
全局曝光這兩個參數非常重要，否則傳感器的拖影就很差，Scheffer解釋道。
面向工業市場的三個系列和22款全局快門傳感器
安森美面向工業市場提供三個系列傳感器產品：
PYTHON是很早的系列，分辨率從1.3MP到25MP，這是安森美全球第一個用于工業機器人、工業相機的產品。“10年前就做出來了，現在客戶還在繼續用”。
XGS系列的分辨率從25MP到45MP。尺寸兼容，可以直接替換，這是這個系列的特點。它可以做到30fps，用于電影拍攝。“美國體育場轉播系統就是用這個做的”。
Hyperlux SG系列，則提供VGA到2MP三種分辨率可選。
XGS可提供非常好的圖像質量，Hyperlux SG則是比較經濟實惠的產品。“如果需要性價比的就選Hyperlux SG，我們有很多產品線給客戶選擇。從分辨率來說，2MP到45MP都有，做了一個產品線以后可以復用。如果要做全部分辨率的產線，一下子就能實現，這就是這個系列的優點。”Scheffer指出。
多用途的全局快門圖像傳感器XGS系列
據介紹，XGS系列的功耗比同行低一半。“功耗對產品影響也很大，傳感器功耗越低，系統設計的一些要求也越低。”Scheffer指出。
快速、多用途的全局快門圖像傳感器PYTHON系列
“PYTHON有個非常重要的特點，幀速率可實現4倍的增長，從120fps變成480fps。這是一個非常重要的系列，可以應用于PCB檢測、鐵路的檢測。”Scheffer表示。
速度呈二次方遞增
高分辨率PYTHON1300可以讀得很快，從原始的1280*1024是210fps開始，到104*100的分辨率，可達到6309fps。如果是PYTHON25K的話，112*100的分辨率，則可達到3670fps。這是安森美設計的獨特技術。
緊湊型全局快門圖像傳感器Hyperlux SG系列
新的Hyperlux SG系列主要應用在通用機器視覺、掃描、生物識別技術、機器人、增強現實、工廠自動化等方面。
內置深度映射的1.2Mp智能iToF Hyperlux ID系列
最新的Hyperlux ID特點就是減少了運動偽影。“我們將把深度映射算法放到傳感器里面，后端可以節約很多成本，也容易處理，可以幫助客戶更快地量產，也可節約成本。除了深度算法之外，該系列還有一個特點，傳統的方法就是來一幀送一幀，每一幀間隔時間變長，而我們把運動拖影檢測得很好。另外一個特點是連續波形。我們把兩者結合起來，在我們傳感器當中可以做到覆蓋范圍比標準iToF遠20多米。”Scheffer表示。
三大全新卷簾快門產品系列
安森美智能感知事業群工業及消費應用分部產品線總監Jason Wang重點介紹了該公司卷簾快門傳感器產品。它包含三個系列：Hyperlux LP、Hyperlux LH和Hyperlux。
安森美智能感知事業群工業及消費應用分部產品線總監Jason Wang
“Hyperlux LP的特點就是低功耗。我們是非常強調功耗的重要性，我們的功耗比同行要低一半。現在LP家族是業界功耗最低的傳感器，我們8MP的產品功耗只有同行的三分之一。AR2020和AR0830工業應用很廣泛。LH家族的重要特點就是高動態，我們把3幀曝光送出去，對后端CPU的處理會節約很多。Hyperlux的主要特點是，一次曝光可以做到110cm。現在在汽車產品當中得到了應用。”Jason Wang說。
Hyperlux LP有三個產品：AR2020， AR0830和AR0544。LH家族有AR0822、AR0246，還有12MP的AR1233。“AR2020這個產品將一個全幀的20MP圖片送出去，任意一個把它抓出來，原圖送出去。現在工業方面用得很多，大公司都在用，年底就會有產品出來。”
2000萬像素SmartROI減少帶寬/處理量
在視頻會議應用中，“可以把整個房間20MP送出來，可以把原圖放出來，很清晰。20MP送出來也可以縮小，可以用兩個頻道把它送出來，可以把它做到640*480。原始的20MP是非常大的數據，后面的SoC會很難全部處理。如果把VGA降到1080P，45MP/s，減掉10多倍帶寬，就能極大減輕后端負擔。”Wang說。
eHDR——HyperLux LH
另外，Hyperlux LH家族主要特點就是eHDR。“把3幀都送給后端，這樣可以節約很多。要是把12幀送出來，現在沒有任何SoC能夠接受它。可以把3幀變成30幀送出去。同時AR0246里面還有一個大的特點，就是將ALTM放到我們傳感器里面。這樣，有的SoC，不具有HDR寬動態功能的，我們也可以支持，比如MCU或小的CPU。也可以做成HDR，否則都要用SoC，系統成本就比較高。”Wang表示。
使用eHDR實現4K遠程多攝像頭系統HDR功能
如前所述，遠程監控用兩個攝像頭就很難做，但集合起來送給后端就比較容易。“我們有客戶把4個攝像頭結合起來，變成360°全景攝像頭，有很多用途。這兩個攝像頭加了智能在里面，現在一般情況下，像家用的攝像頭、門禁的攝像頭，進來以后會通過PIR。這個PIR很容易報錯，風吹一下也會動。我們可以預檢測一下是不是人在運動，如果比較像人，后端再喚醒做一個偵測，整個系統失誤就會減少。現在也有很多用在車子上，有人接近我的車，我告訴這個人是我認識的人還是誰。這是有一部分智能的功能在里面了。”Wang舉例說。
4xAR0822 360°全景相機
下面來看下安森美合作伙伴用4個AR0822做成的攝像頭。“可以做HDR，如果沒有HDR就不可能把4個攝像頭送到后端。”Wang透露，“這個全景相機現在用于在智慧工廠，可以做整個生產線監控，工廠自動化可以用，例如在富士康的工廠里已經在做了。它也可以放在會議桌當作全景相機。這三個系列都已經量產了，作為工業用途，這是我們新的技術。”
方案Demo
高速工業檢測方案：具有高分辨率高幀率的全局快門特性
最新iToF運動深度感知方案：業界領先的自帶深度計算算法的百萬像素級別iToF芯片，高幀率，減少運動偽影，優異的近紅外量子效率（NIR QE）響應。關鍵應用：工業機器人，物流等
低功耗相機方案：演示運動喚醒功能，應用在要求低功耗的場景，如智能門禁、安防攝像頭、增強現實（AR）/虛擬現實（VR）/擴展現實（XR）頭戴裝置、機器視覺和視頻會議等
8K攝像機方案：演示高分辨率45MP方案投射8K細膩影像，基于一款3.2um 45MP的全局曝光圖像傳感器。在全分辨下12bit下可以支持48fps，8k可以到60fps，關鍵應用：高端攝影
20MP工業檢測方案：演示Smart ROI功能，帶有片內scale和crop功能，減少了SoC或ISP側的負擔。基于20M的基底大像素進行的片內scale和crop為用戶帶來了靈活高效的分辨率配置，ROI區域配置和更高的幀率，并且可以實現兩個VC通道的同時輸出，充分利用了傳輸帶寬，關鍵應用：AI，安防，視頻會議
近紅外方案：一款2.2um像素大小，8MP的背照堆棧式的卷簾曝光圖像傳感器，增強的近紅外響應，提供絕佳圖像質量，關鍵應用：安防IoT，機器視覺
2MP全局快門雙攝像頭解決方案
