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智能感知推進機器視覺應用的發展

2019-04-25 來源:電子創新網

工業自動化與人工智能息息相關,也與機器視覺息息相關。機器視覺技術可說是人工智能的分支技術,全球智能化的“慧”眼圖像傳感器,影響著很多應用的發展與增展,包括工業自動化、機器人、安防/監控、智能交通系統(ITS)、智能家居/樓宇、智能零售、虛擬實境(VR)/增強實境(AR)全球圖像傳感器領袖安森美半導體傳承40多年的成像經驗,擁有2000多項成像專利,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傳感器及圖像信號處理器,光學格式從1/13英寸到35 mm,分辨率從100 K到5000萬像素,滿足不同的應用需求并推動創新。同時,安森美半導體也是全球領先的半導體供應商,提供電源控制模塊、邏輯單元、通信模塊、5G和無線網絡、工業局域網等領域配套的半導體芯片

關鍵的成像技術

動態范圍(HDR)全局快門、近紅外增強(NIR+)、RGB-IR、功率可擴展性都是增強嵌入式系統和機器視覺系統性能的關鍵成像技術。動態范圍越高,越能呈現出高對比度、細節清晰的圖片。全局快門則最大地消除運動偽影。關鍵的全局快門參數包括全局快門效率、讀出噪聲和靈敏度。安森美半導體的全局快門系列產品具備同類最佳的性能,促成廣泛的應用,如條碼掃描、3D深度映射等高要求的應用場景,除了消除運動偽影,還具備低噪聲、增強的深度范圍、快速捕獲等特性。NIR+技術可實現比標準硅工藝好3倍的靈敏度。采用RGB-IR能呈現更豐富、更逼真的圖片色彩。功率可擴展性對于電池供電的攝像機是個關鍵優勢,能在不同幀率有不同功耗,和持續運行,實現低功耗的高能效設計,如在1 fps時的低功耗模式。此外,減少LED閃爍(LFM)技術在汽車應用中消除交通信號燈和汽車照明的高頻LED閃爍,有助于更安全地駕駛。

各種不同的機器視覺應用需求

在自動化領域,機器人需要高性價比的全局快門方案,裝配需要高速全局快門,嵌入式/智能應用則注重深度學習和人工智能,平板檢測要求超高分辨率;對于智能交通系統(ITS),微光性能和全局快門很重要;針對掃描應用,需要高性價比的全局快門;在運動分析領域,應選用超高速全局快門方案。

安森美半導體提供廣泛的視覺方案,采用上述關鍵的成像技術,解決各種嵌入式和機器視覺系統的不同需求和挑戰。

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圖1:先進的產品陣容用于機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技術能夠滿足眾多工業成像應用對圖像均勻性的要求;同時市場要求持續的像素開發達至更高的分辨率。如安森美半導體的4.5 μm  ITCCD傳感器 KAI-43140適用于要求嚴格的檢測和航拍等應用,采用35 mm光學格式,提供4300萬像素,KAI-29050 / KAI-29052使用相同的封裝以簡化升級。而最新推出的KAI-50140是當前市場上分辨率最高的ITCCD圖像傳感器,提供5000萬像素為智能手機顯示屏檢測、電路板檢測和機械裝配檢測以及空中偵察提供所需的關鍵成像細節和高圖像均勻性。KAI-50140采用2.18:1的縱橫比,與現代智能手機格式相匹配,減少檢測全顯示屏所需的圖像捕獲次數,并與當紅的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,同時保關鍵的成像性能,如高動態范圍(>60 dB)、抑制拖尾、CCD級圖像均勻性和電子全局快門。

最初的攝像機設計,設計人員使用每一款圖像傳感器都需從零開始設計開發,耗時費力成本高。安森美半導體的ITCCD系列共享一個通用架構,使單一的攝像機設計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有的攝像機設計中,加快了采用新器件的上市時間

PYTHON系列:2塊PCB支持8種分辨率

安森美半導體的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),為要求嚴格的工業應用如機器視覺、智能交通系統(ITS)、安防、監控、醫療和科學提供高性能成像和簡化的升級

X-Class平臺使單一攝像機設計能支持多種產品分辨率不同的像素功能

X-Class平臺是PYTHON系列的更進一步演進提供可擴展的單一器件,適用于多種分辨率和像素,使單一攝像機設計不僅能夠擴展圖像傳感器中的像素數量,還能夠擴展所使用的像素類型——無論是全局快門、卷簾快門、增加的動態范圍,還是其他不同的功能。只要將像素置于X-Class平臺所用的通用高速低功耗幀中,就能夠充分利用單一攝像機設計提供所需的支持,采用高帶寬、低功耗架構,工廠自動化、智能交通系統(ITS)廣播成像、智能零售、機器人等應用的理想選擇

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圖2:X-Class 平臺—— 演進的設計功能

該平臺XGS系列具備無與倫比的性能特征,在圖像質量、功率密度、幀率、可支援的平臺、29 x 29 mm2兼容性、對客戶的支援及價格方面都優于競爭對手

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越做越大,與其適配的鏡頭價格昂貴,這會增加整體成本。因而市場需要減小像素尺寸。X-Class平臺兩款器件XGS 12000和XGS 8000采用先進的3.2 μm全局快門像素能在同樣的光學尺寸下提高分辨率,且先進的像素設計確保不會因像素更小而影響圖像品質,甚至提供更優的低噪聲、高性能,同時全局快門確保捕獲移動物體無運動偽影。

AR0237 RGB-IR:增強的夜視

RGB-IR版本AR0237增強的NIR靈敏度增強夜視能力,使得攝像頭無需特別的濾色片進行日/夜的切換,尤其適用于安防應用,具有210萬像素,分辨率1928 x 1088,能實現1080p/60 fps輸出,提供出色的微光性能和HDR,支持高動態范圍的長短交錯曝光同時使用紅外差譜技術以避免顏色的失真,也適用于機器人、AR/VR可穿戴、智能樓宇的成像應用。

全局快門AR0144實現靜態和動態場景下快速清晰準確的成像

3.0 μm像素的AR0144采用了創新的全局快門設計,尺寸極緊湊,在條碼掃描器等靜態應用中,AR0144易于設計進手持式產品中,確保初次掃描省電、省時和方便。在無人機等動態應用中,該傳感器的低功耗特性能夠延長充電時間間隔,其成像性能能夠更好地映射環境,避免嚴重碰撞。在3D攝像機和AR/VR設計中,AR0144可提供一種性價比更高、尺寸小方案,用于捕捉雙重圖像進行3D成圖或深度感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

增強的NIR+使AR0431即使在最暗的光照條件下也能實現更好的成像從而幫助安防和物聯網攝像機設計人員創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作視頻拍攝的應用。其低功耗優勢使其僅需125 mW就能提供400萬像素、30 fps輸出;在低功耗監測模式下,功耗降至8 mW成為電池供電型應用的理想選擇。AR0431采用Super Depth 技術能夠從單一圖像傳感器同時獲取彩色圖像和深度映射省下原本需要另外一個單獨提供深度映射功能的傳感器,實現AR/VR中簡單3D模型等功能。

AR0522:高動態范圍與增強的微光性能相結合

AR0522作為安森美半導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1/2.5英寸510萬像素,基于一個2.2 μm BSI像素技術平臺,專為需要在微光條件下捕獲高分辨率、高質量視頻的應用而開發,其近紅外波長的靈敏度大概是AR0521圖像傳感器的兩倍。

總結

森美半導體是全球智能感知方案的領袖,并領先于供應基于半導體的方案,傳承40多年成像專知,在機器視覺領域的市占稱冠全球,能充分利用先進的成像技術和全面CMOS和CCD圖像傳感器陣容以及廣泛的電源半導體產品陣容提供系統方案,滿足不同的應用需求,并針對市場趨勢持續開發創新的方案,以配合機器視覺檢測和工業自動化等工業成像應用持續推進的需求。同時,安森美半導體將持續注重中國,通過遍及全球的評估及應用技術支持,幫助客戶應對挑戰和實現創新。


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