安森美智能感知技術(shù)和方案助力工業(yè)自動化創(chuàng)新

2025China.cn 2022年01月18日

　　智能感知是賦能機器視覺、機器人、掃描和檢測等工業(yè)自動化的關(guān)鍵技術(shù)之一。安森美(onsemi)在成像領(lǐng)域有超過40年的豐富經(jīng)驗，在激光雷達(LiDAR)等深度感知領(lǐng)域也領(lǐng)先行業(yè)，提供各種先進的智能感知方案，采用高度差異化的成像技術(shù)如高動態(tài)范圍、全局快門、近紅外、RGB-IR及深度感知技術(shù)如硅光電倍增管(SiPM)，滿足不同的應(yīng)用需求，并與工業(yè)相機領(lǐng)域的全球領(lǐng)袖合作，共同推進工業(yè)創(chuàng)新，實現(xiàn)工業(yè)自動化。

　　高動態(tài)范圍

　　動態(tài)范圍指場景中最亮的區(qū)域和最暗的區(qū)域之間的比值。

　　830萬像素的AR0821：片上HDR(eHDR)技術(shù)，提供超過140 dB的同類最佳動態(tài)范圍

　　AR0821提供830萬像素、60 fps 的4K視頻，且功耗極低，采用卷簾快門、安森美獨有的2.1 μm DR-Pix?背照式(BSI)像素設(shè)計和嵌入式高動態(tài)范圍(eHDR)技術(shù)，賦能高量子效率和高動態(tài)范圍，在具挑戰(zhàn)的照明條件下提供卓越的圖像質(zhì)量和先進的功能，適用于掃描儀/讀卡器、機器視覺相機等應(yīng)用。AR0821已被集成到Basler dart系列區(qū)域掃描相機模塊中，賦能廣泛的圖像處理應(yīng)用，并提供最新的機器視覺技術(shù)。

　　全局快門

　　卷簾快門的每行曝光的起始時間和結(jié)束時間不一致，因此在拍攝移動物體時會出現(xiàn)變形。而全局快門等效于機械快門的電子化，所有的像素在同一時刻開始曝光，同一時刻結(jié)束曝光，拍攝移動物體時不會產(chǎn)生變形。工業(yè)很多應(yīng)用場景都需要捕獲高速移動物體的圖像，所以工業(yè)相機大多需要采用全局快門傳感器。

　　全局快門明星產(chǎn)品：高性能、低噪聲XGS圖像傳感器系列加快開發(fā)

　　XGS圖像傳感器系列采用高帶寬，低功耗架構(gòu)，3.2 um全局曝光，僅2塊PCB就可支持11種分辨率，分辨率的范圍從200萬到4500萬，同一相機硬件設(shè)計兼容多種分辨率和幀率，大大縮短設(shè)計人員開發(fā)時間。其中，XGS 2000到XGS 16000引腳對引腳，兼容29 mm x 29 mm，XGS 20000到XGS 45000引腳對引腳，兼容大于50 mm x 50 mm的相機。針對ITS市場，安森美提供專用版本，優(yōu)化后的色彩濾波陣列(CRA)能適配目前ITS 市場上的主流鏡頭。

　　XGS系列傳感器的關(guān)鍵規(guī)格如下：

　　XGS系列針對不同應(yīng)用提供不同的主入射角(CRA)，如針對機器視覺的0°，適用于大面幅捕獲的10°，針對ITS的4.7°或7.3°。

　　XGS系列不僅提供11種不同分辨率，同一分辨率還有不同的速率版本，設(shè)計人員可根據(jù)不同的相機接口來選擇相應(yīng)的產(chǎn)品，包括CXP-6接口、萬兆網(wǎng)(10 GigE)、 Camera Link、5Gbase-T、USB 3.0等高、中、低速接口。

　　安森美提供3個不同的XGS開發(fā)平臺：XGS演示套件、X-Celerator和X-Cube。XGS演示套件是給客戶端演示或會議室演示IQ的基準(zhǔn)，傳感器+鏡頭座較大，沒有板上電源系統(tǒng)，相機內(nèi)無FPGA，可捕獲最大速度，但在電腦只能顯示小于30 fps的速率，硬件需要安森美提供FrameBuffer 板 + Demo3，通過USB 3.0與PC通信，軟件是安森美的DevWare系統(tǒng)，沒有公開算法代碼。X-Celerator是為FPGA開發(fā)或生態(tài)系統(tǒng)提供，傳感器+鏡頭座較大，有板上電源系統(tǒng)，相機內(nèi)無FPGA，可捕獲最大速度，硬件取決于FPGA開發(fā)工具包，與PC的通信由用戶定義，軟件由客戶提供，安森美也可提供公開算法代碼。X-Cube主要面向MIPI接口的ISP系統(tǒng)或SoC系統(tǒng)，提供29 mm x 29 mm的接口，有板上電源系統(tǒng)，相機中有小的FPGA將HiSPi接口轉(zhuǎn)換成MIPI接口，系統(tǒng)速度 30 fps，硬件采用安森美的IAS板+Demo3板或直接接到用戶的ISP板，PC通信可由用戶定義或通過Demo3的USB 3.0，軟件取決于用戶或使用安森美的DevWare，不提供公開算法代碼。

　　全局快門：AR0234，專為各種要求高質(zhì)量圖像感知的應(yīng)用而設(shè)計

　　隨著越來越多的制造商采用基于視覺的專家系統(tǒng)實現(xiàn)自動化，對高質(zhì)量圖像感知的需求正在增加。這需求要求優(yōu)化圖像傳感器的尺寸、性能和功耗。AR0234滿足這些要求，適用于機器視覺攝像機、增強實境(AR)/虛擬實境(VR)/混合實境(MR)頭顯、自主移動機器人(AMR)和條碼讀取器等各種不同應(yīng)用。

　　AR0234CS捕獲1080p視頻和單幀圖像，最高可以每秒120 fps的速度運行。該230萬像素傳感器憑借其領(lǐng)先行業(yè)的快門效率，最小化高速場景中的幀與幀之間的失真，并減少其他圖像傳感器所遇到的運動偽像，從而生成清晰的圖像。AR0234CS傳感器的創(chuàng)新像素架構(gòu)提供所需的寬動態(tài)范圍，以支持從黑暗的夜晚到明亮的陽光等各種照明條件。低噪聲和改進的微光響應(yīng)使其適用于橫跨消費、商業(yè)和工業(yè)IoT的應(yīng)用，且擴展的工作溫度范圍使其可部署在具有挑戰(zhàn)性的戶外條件下。AR0234CS的其他先進特性包括：帶有片上直方圖的可編程感興趣區(qū)域、自動曝光控制和5 x 5統(tǒng)計引擎、完全集成的頻閃照明控制、靈活的跳行和跳列模式，以及水平和垂直鏡像、開窗和像素合并。

　　與AP1302圖像信號處理器(ISP)一起， AR0234CS提供一個全面的相機系統(tǒng)，能快速設(shè)計和開發(fā)，以實現(xiàn)快速上市。此外，系統(tǒng)設(shè)計人員可以訪問DevSuite軟件來評估傳感器的特性和功能、配置和精調(diào)，并提供可用于進一步圖像處理的現(xiàn)成輸出。AR0234CS具有彩色和黑白變體版本，CRA為0°或28°。

　　近紅外

　　近紅外加強(NIR+)的產(chǎn)品比傳統(tǒng)產(chǎn)品在近紅外波段的量子效率(QE)高3倍，意味著在相同噪底下，相同曝光時間和增益下，NIR+產(chǎn)品比傳統(tǒng)產(chǎn)品的畫面亮度更亮。反之，要達到相同的畫面亮度，NIR+產(chǎn)品可使用更少的近紅外照明，從而降低整體功耗和成本。

　　RGB-IR

　　RGB-IR產(chǎn)品其陣列中的IR像素采用NIR+ IR差分算法，可使傳統(tǒng)工業(yè)相機省去IR cut的切換，以降低維護成本，同時減少占位。經(jīng)過RGB-IR處理的產(chǎn)品捕獲的圖像會呈現(xiàn)出更豐富更真實的色彩。

　　采用RGB-IR的代表產(chǎn)品：AR0237 RGB-IR，減小占位并降低成本

　　200萬像素、1/2.7英寸的AR0237 RGB-IR傳感器集成白天彩色成像和夜間近紅外成像的能力。傳統(tǒng)的機械紅外截止濾光片可能導(dǎo)致重新對焦問題和昂貴的維護費，且噪聲大，增加占位，AR0237 RGB-IR則省去了這樣的機械紅外截止濾光片，避免了這些問題，適用于高動態(tài)范圍成像的應(yīng)用。AR0237 RGB-IR采用dual band IRCF，微光環(huán)境下所有像素均為IR像素，ISP采用黑白影像處理，環(huán)境光照射下 ISP以IR像素為參考，從RGB像素中去除紅外信號進行彩色影像處理，無損正常顏色信息。

　　激光雷達 (LiDAR)

　　LiDAR 感知是工業(yè)自動化和控制系統(tǒng)的趨勢方案，因為它具有高精度、快速和可擴展性等優(yōu)勢。使用SiPM陣列的 LiDAR 感知可實現(xiàn)物體探測和避讓，以及移動和占用檢測。

　　安森美的SiPM 陣列具有創(chuàng)新的快速模式，可縮短感知時間，具有領(lǐng)先行業(yè)的效率和動態(tài)范圍，使傳感器能在各種環(huán)境中工作，包括陽光直射。安森美提供 LiDAR方案以及廣泛的 LiDAR 開發(fā)平臺和工具、高技術(shù)和經(jīng)驗豐富的應(yīng)用工程師支援，以協(xié)助產(chǎn)品開發(fā)。

　　相關(guān)產(chǎn)品

　　RB系列

　　RB 系列是近紅外(NIR) 增強型SiPM，適用于使用 905nm 和 940nm 等近紅外照明的 LiDAR 和測距應(yīng)用。

　　評估/開發(fā)套件

　　直接飛行時間(dToF) SiPM LiDAR 參考平臺 SECO-RANGEFINDER-GEVK是具成本優(yōu)勢的單點測距儀開發(fā)套件，適用于測距范圍0.11 m 到 23 m的工業(yè)測距，基于RB 系列 NIR 增強型 SiPM，集成了所有基本系統(tǒng)組件，包括激光器和參考電路 (Tx)、接收電路 (Rx)、電源管理系統(tǒng)以及核心 FPGA 和 UART 通信，可作為評估套件或完整的參考設(shè)計，開箱即用，具有易于使用的圖形用戶界面(GUI)，可調(diào)節(jié)系統(tǒng)變量，時間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器(TDC)具有自動校準(zhǔn)功能，軟件可調(diào)設(shè)置適用于各種工業(yè)應(yīng)用，符合激光安全標(biāo)準(zhǔn)IEC / EN 60825-1:2014 、21 CFR 1040.10 和1040.11 (Laser Notice No. 56除外)。