圖像感知：創新產品與技術貼近視覺的要求
2018-8-8 來源：安森美半導體 作者：-
視覺市場不斷演進、增長且多樣化和智能化
圖像感知無疑支持著汽車、工業和消費三個主要市場領域的大趨勢。CCD和CMOS是兩種主要成像技術，但沒有單一的技術可適用于所有應用，相較而言，CCD提供最佳的圖像均勻度、高線性動態范圍、高光靈敏度和大光學格式，而CMOS具備靈活讀取、低功耗、高幀率、高集成度等優勢。現代圖像傳感器的創造者安森美半導體傳承40多年的成像經驗，擁有豐富的成像專知、寬廣的傳感器陣容、2000多項成像專利、強大的供應鏈和卓越的品質，以“創造超越人眼的新視覺”為使命，可根據應用需求匹配相應的技術，幫助使這三個領域的概念成為現實。
對于安森美半導體來說，把握市場趨勢并與客戶密切合作有助于推動全新傳感器的開發和市場導入，例如用于工業攝像機的X-Class平臺和用于汽車應用的Hayabusa™平臺。典型的市場需求包括在給定的光學節點上提供更高的分辨率，而無需犧牲圖像質量。此外，隨著電子技術數量的增長，功率預算（尤其是包括汽車在內的便攜式電池供電產品）變得更加緊張，因此更高的能效也是一種常見的顯著需求。在大多數市場中，實現更短設計周期的壓力也是個現實情況。這表明了易于擴展的圖像傳感器平臺對于幫助減少和簡化設計階段，更快地將產品上市是至關重要的。
汽車領域
隨著對安全、便利的駕駛輔助方案需求的增長，具備成像功能的車載系統數量也在快速增加。這些先進的功能可實現諸如自適應巡航控制和自動緊急剎車等功能。除此之外，還有停車輔助功能，例如后視攝像機 （這在一些地區已成為強制性要求）、360度全景環視系統，以及取代車鏡的攝像機監控系統等新興領域。
隨著先進駕駛輔助系統（ADAS）的興起，促進了攝像機及其他感知技術的發展。而更先進的攝像機及其他感知技術的開發和應用又推動了ADAS和自動駕駛的發展和實施。根據美國自動駕駛標準和全自動駕駛的實際情況，我們將在某一時間達到4級和5級的水平。這看來必會發生，只是時間表的問題，亞洲、美國和歐洲基于需求、社會接受度、基礎設施等會有不同的時間表，但自動駕駛涵蓋安全的國際標準還是個要解決的問題。
汽車環境通常會為圖像傳感器帶來極具挑戰性的工作條件和參數。場景可以有非常寬泛的動態范圍，攝像機視野中直接來自如太陽的最亮部分與隧道內的黑暗區域之間形成極大反差。為了給ADAS算法及駕駛員呈現良好的場景視野，以一個高動態范圍輸出捕獲場景中的細節至關重要。
我們需要結合多種技術以支持用于更高級別的ADAS和自動駕駛的全面感知。除圖像傳感器外，還有毫米波雷達、激光雷達和超聲波。每種技術在檢測范圍、物體尺寸、檢測移動物體的能力、以及在微光或有限的能見度下工作的能力等參數方面都具有獨特的優缺點。通過結合這些技術，能夠安全有效地滿足應用的所有要求。安森美半導體已具有超越圖像感知的專知，在毫米波雷達、激光雷達和超聲波領域都具有相應的能力和產品，公司處于有利地位以結合這些不同感知技術及其各自的優勢到集成方案中。
隨著汽車制造商轉向車載脈寬調制（PWM）LED照明的最新趨勢，以及這一技術在電子交通標識和車輛信息通訊系統中的日益普及，圖像傳感器制造商面臨的挑戰可能會進一步加劇。當使用傳統攝像機捕獲時，尤其是在明亮的環境中，這些脈沖光源會出現閃爍，可能會引發ADAS算法的問題并會分散駕駛員的注意力。安森美半導體目前擁有先進且可靠的消除LED閃爍（LFM）技術，能夠克服這一潛在的嚴重問題。
遵守嚴格的安全標準是為車載平臺提供適用于攝像機/視覺應用的產品的先決條件。諸如AEC-Q100 2級、第4代ISO26262 ASIL-C（SEooC）等規格已經很完善了。最近，支持針對L4、L5級自動駕駛的網絡安全變得非常重要，它能為許多車輛系統（包括發送和/或接收數據的攝像機）提供篡改防護。安森美半導體的圖像傳感器符合這些標準，事實上，安森美半導體是全球首家提供含網絡安全以及功能安全圖像傳感器的公司。
方案要能用于由百度Apollo平臺、Mobileye、NVIDIA、英特爾和Qualcomm等領先品牌組成的不斷壯大的生態系統平臺也很重要。百度Apollo 自動駕駛平臺采用安森美半導體圖像傳感器，NVIDIA也是安森美半導體的戰略圖像傳感器合作伙伴。
安森美半導體也身處機器視覺和人類視覺融合（稱為Clarity +）的前沿，其可擴展圖像傳感器平臺（該系列由AR0820、AR0220和AR0138組成）提供業界最高分辨率8.3 MP和用于高效開發的通用架構，實現ADAS/自動駕駛領域的進一步細分，具備領先業界的微光性能、達ASIL-C等級的功能性安全，高動態范圍、一個業界首創的網絡安全選項，以及可縮小封裝尺寸的第二代晶圓堆疊技術。該平臺的各項產品目前正給許多技術合作伙伴的評估，包括Mobileye和NVIDIA，用于其自動駕駛車輛的DRIVE AI計算平臺。
消費領域
消費市場也許是最具多樣性且擁有最多不同應用的市場。增長驅動力來自諸如高端安防攝像頭、掃描、無人機、虛擬和擴增實境等應用，當然也包括物聯網（IoT）這一大框架下的應用。
正如汽車行業一樣，生態系統的發展對于開發和實施有效方案的速度和便利性至關重要。安森美半導體正與合作伙伴密切合作，為終端客戶提供全面的集成方案。
基于視覺傳感器的安防設備是消費市場向工業市場延伸的最大領域之一。在這一領域，中國仍然擁有最大的用戶群，其關鍵驅動因素是安全城市概念的實施，以及商業建筑和家居應用。對傳感器的需求在于能夠在日間／夜間性能、高動態范圍、幀率和分辨率等方面突破性能極限（所有這些都必須在緊湊的外形內實現）。不斷增長的趨勢包括網絡安全的引入、人工智能(AI)及支持深度學習和視頻內容分析的能力。安森美半導體首批采用近紅外+（NIR +）技術的CMOS圖像傳感器，有效地將高動態范圍與增強的微光性能相結合，提升高端安防及監控相機的圖像質量，如AR0522基于背照式（BSI）像素技術平臺，近紅外波長的靈敏度大概是現有的AR0521圖像傳感器的兩倍。而面向IoT、AR/VR和安防攝像機等應用的AR0430擁有120幀/秒的速率，能夠從單一圖像傳感器同時獲取彩色圖像和深度映射，以超低功耗提供卓越的像素性能，榮獲2018 CES 創新獎。
工業領域
由于工業應用自動化、日益增多的數量、以及更嚴苛的性能要求，這一市場的成像方案比以往更受關注。支持更高級別工廠自動化和工業物聯網（IIoT）的機器視覺、以及智能交通系統的加速部署等應用是目前產生需求的關鍵但不同的領域。與此同時，醫療和科學成像攝像機的高端應用表明圖像傳感器制造商必須滿足基于CMOS或CCD的方案。
安森美半導體的X-Class平臺提供可擴展的單一器件，適用于多種分辨率和像素，采用高帶寬、低功耗架構，為機器視覺、智能交通系統和廣播成像等應用提供高性能成像功能，并為新產品的設計提供快速且簡化的路徑。X-Class系列產品中的兩款器件XGS 12000和XGS 8000均基于此平臺的首款像素架構，即3.2μm全局快門像素（小于早前的4.8μm和4.5μm像素），能夠以相同的光學格式提供更高的分辨率，同時提高整體成像性能。全局快門還支持捕獲移動物體，而不產生運動偽影（這是工業場景中的常見需求）。
在工業領域，與其它行業一樣，將傳感器性能與一般常用計算機接口的性能相匹配對于進一步簡化系統方案的設計和有效性非常重要。首兩款X-Class平臺器件突出了這一點，XGS 8000與高速視頻采集幀速率相匹配，XGS 12000高速版本能夠充分利用10GigE接口，XGS 12000低速版本與USB 3.0計算機接口的可用帶寬保持一致。
在頂級性能等級中，安森美半導體的Interline Transfer CCD (ITCCD) 器件KAI-43140以便利且熟悉的35mm光學格式提供4300萬像素的分辨率。該器件采用4.5 um ITCCD像素，相較于先前5.5 µm的設計，分辨率提高50％，支持高達4 fps的全分辨率幀速率，提供大于60分貝的動態范圍、高度拖尾抑制、電子快門、CCD級圖像均勻性，支持短時間（小于10微秒）和長時間（大于1秒）曝光。這些技術已經開發用于從早前的器件中提供簡單的升級路徑，只需稍做電氣變更，且更容易集成到攝像機設計中。它們提供關鍵的生產線終端檢測任務所需的性能，如大尺寸超高清屏幕、高端監控和航拍。
安森美半導體寬廣的高分辨率CCD產品陣容提供多種分辨率、幀率（帶寬）和靈敏度（NIR和像素尺寸）選擇。
應對汽車、消費和工業市場中圖像感知領域挑戰的關鍵是提供一系列規格和性能能夠準確匹配、并緊跟終端應用廣泛差異需求的器件。安森美半導體圖像傳感器在汽車、工業、航空、醫療領域的市占稱冠全球，公司傳承40多年先進的成像技術，提供寬廣的CMOS和CCD圖像傳感器陣容。未來，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，持續開發針對市場趨勢和應用的新產品。此外，那些由安森美半導體推出的基于平臺的方案提供便利的可擴展性，大幅簡化且加速設計路徑。
作者：安森美半導體智能感知部全球市場及應用工程副總裁易繼輝（Sammy YI）
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