圖像傳感器如何“帶貨”機(jī)器人賽道？

機(jī)器人行業(yè)正呈現(xiàn)出諸多漸趨普及的發(fā)展態(tài)勢(shì)。其中，最為人熟知的是自動(dòng)送貨機(jī)器人、酒店服務(wù)機(jī)器人和餐廳服務(wù)員機(jī)器人。一旦消費(fèi)級(jí)機(jī)器人的價(jià)格降低，家用機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景將得到進(jìn)一步拓展，諸如家庭服務(wù)機(jī)器人和個(gè)人助理等。在機(jī)器人進(jìn)入家庭并與人類(lèi)互動(dòng)之前，機(jī)器人制造商必須構(gòu)建妥善的系統(tǒng)，確保機(jī)器人能夠精準(zhǔn)、高效且安全的運(yùn)行。

這份白皮書(shū)將探討視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)于機(jī)器人的重要意義。 第一篇 介紹了機(jī)器人分類(lèi)與行業(yè)趨勢(shì) ，第二篇將主要介紹 安森美（onsemi） 的圖像傳感器產(chǎn)品組合。

安森美的圖像傳感器產(chǎn)品組合

多年來(lái)，安森美設(shè)計(jì)并推出了適用于包括機(jī)器人領(lǐng)域等多種應(yīng)用場(chǎng)景的圖像傳感器?。

安森美的卷簾快門(mén)圖像傳感器

Hyperlux ^TM LP

Hyperlux LP 產(chǎn)品系列專(zhuān)為低功耗應(yīng)用而設(shè)計(jì)。為了進(jìn)一步優(yōu)化芯片架構(gòu)，這些傳感器還具備 運(yùn)動(dòng)喚醒 (WOM) 和 智能感興趣區(qū)域 (SmartROI) 等實(shí)用功能，在各類(lèi)工業(yè)和消費(fèi)應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用。這些功能使得 Hyperlux LP 傳感器能夠在帶寬和功耗之間進(jìn)行合理權(quán)衡，采用這些傳感器的視覺(jué)系統(tǒng)能夠在極低功耗模式下運(yùn)行。 該系列采用 1.4μm 堆疊式 BSI 技術(shù)，擁有 2000 萬(wàn)分辨率、800 萬(wàn)分辨率和 500 萬(wàn)分辨率三種版本，且都支持 RGB 與黑白模式。?

目前，這三款產(chǎn)品均已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)?。SmartROI 功能使 AMR 能夠同時(shí)感知兩個(gè)感興趣區(qū)域，其目標(biāo)應(yīng)用包括視頻會(huì)議、機(jī)器人、機(jī)器視覺(jué)、AR/VR 以及 AMR 等場(chǎng)景?。

Hyperlux LH

Hyperlux LH 系列專(zhuān)為工業(yè)及消費(fèi)應(yīng)用環(huán)境中的高性能應(yīng)用而設(shè)計(jì)。由于具備高動(dòng)態(tài)范圍 (HDR) 特性，在混合光照條件下，其 HDR 可達(dá) 120dB，因此在低光照環(huán)境下表現(xiàn)出色。該系列還采用了 2.0 μm 堆疊式 BSI 像素，具有低噪聲和高靈敏度?特性。此外，Hyperlux LH 可應(yīng)用于汽車(chē)行車(chē)記錄儀、安防攝像頭和機(jī)器人領(lǐng)域。

目前， 該系列已量產(chǎn)的產(chǎn)品有 800 萬(wàn)分辨率和 200 萬(wàn)分辨率兩款傳感器 。其中，采用 2.0 μm 堆疊式 BSI 技術(shù)的 800 萬(wàn)分辨率版本支持 RGB 和黑白模式，而 200 萬(wàn)分辨率版本僅支持 RGB 模式?。這兩款產(chǎn)品均支持運(yùn)動(dòng)喚醒 (WOM) 功能，可進(jìn)一步降低功耗。傳感器能夠在需要時(shí)開(kāi)啟，不需要時(shí)關(guān)閉。嵌入式 eHDR 技術(shù)有效解決了線纜與 SoC 帶寬限制所帶來(lái)的瓶頸問(wèn)題?。

Hyperlux

Hyperlux 系列在高動(dòng)態(tài)范圍性能方面表現(xiàn)卓越，支持高達(dá) 150 dB 的動(dòng)態(tài)范圍且無(wú) LED 閃爍現(xiàn)象。其目標(biāo)應(yīng)用包括汽車(chē)行車(chē)記錄儀、自動(dòng)引導(dǎo)車(chē)輛 (AGV)、機(jī)器人配送、自動(dòng)駕駛汽車(chē)及 AMR 等。

安森美的全局快門(mén)圖像傳感器

Python

Python 系列采用獨(dú)特的像素架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)感興趣區(qū)域處理速度的二次方級(jí)提升，性能遠(yuǎn)超競(jìng)品?。該系列提供了出色的圖像質(zhì)量、高速 10 位低功耗架構(gòu)及占位兼容方案?。

其先進(jìn)的 4.5/4.8 μm 全局快門(mén) CMOS 設(shè)計(jì)確保了高性能、低噪聲以及約 60 dB 的動(dòng)態(tài)范圍，而 GS FSI 方案則支持高速圖像讀出?。Python 系列覆蓋 11 種分辨率，從 VGA 至 2500 萬(wàn)分辨率不等，主要用于機(jī)器人相關(guān)機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用場(chǎng)景。

XGS

XGS 系列是 Python 系列的迭代產(chǎn)品?，采用 3.2 微米像素，提供從 200 萬(wàn)分辨率到 4500 萬(wàn)分辨率的 11 種分辨率選項(xiàng)，應(yīng)用范圍廣泛。該系列具有方形與矩形兩種縱橫比，能夠最大限度地利用視場(chǎng)角(FOV)。該系列提供多種分辨率和速度等級(jí)，是一種經(jīng)濟(jì)高效的成像方案。

其主要優(yōu)勢(shì)包括全引腳兼容性、較短的產(chǎn)品上市時(shí)間，以及兩種占位?形式，支持從 200 萬(wàn)分辨率到 4500 萬(wàn)分辨率的所有分辨率。與競(jìng)品相比，XGS 系列的所有產(chǎn)品功耗降低了多達(dá) 2 倍，這使得熱管理更加容易，對(duì)傳感器性能（暗電流、讀出噪聲等）的影響更小，同時(shí)也降低了配套電子元件的成本?。

Hyperlux SG

Hyperlux SG 系列以其緊湊的外形尺寸、業(yè)界領(lǐng)先的全局快門(mén)效率及 120 幀/秒的高速成像能力脫穎而出。與前代產(chǎn)品相比，其全局快門(mén)效率 (GSE) 提高了 2 倍，非常適合捕捉移動(dòng)物體。該系列專(zhuān)為工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)，具備可編程/可切換的感興趣區(qū)域、嵌入式自動(dòng)曝光控制以及用于精確主動(dòng)照明的觸發(fā)/頻閃光源控制等功能，同時(shí)保持了低功耗特性。

Hyperlux SG 系列提供 VGA、100 萬(wàn)分辨率及 230 萬(wàn)分辨率選項(xiàng)?，適用于掃描設(shè)備、機(jī)器人、AMR、AR/VR 以及生物識(shí)別等應(yīng)用場(chǎng)景。目前，該系列的所有版本均已量產(chǎn)?。

深度感知

在深度感知方面，智能 iToF 傳感器集成了深度建圖功能?，無(wú)需昂貴的外部深度計(jì)算處理器，能夠進(jìn)行無(wú)延遲的實(shí)時(shí)計(jì)算。iToF 傳感器采用全局快門(mén)，所捕獲的圖像無(wú)運(yùn)動(dòng)偽影?。安森美的 120 萬(wàn)分辨率 iToF 傳感器在分辨率方面處于業(yè)界領(lǐng)先水平。此外，它能夠以極高的精度覆蓋 30 至 50 厘米的短距離及 10 至 20 米的長(zhǎng)距離范圍。

SWIR

2024 年 7 月，安森美收購(gòu)?了 SWIR Vision Systems 公司，該公司擁有基于膠體量子點(diǎn) (CQD) 技術(shù)的 CMOS 短波紅外SWIR 傳感器專(zhuān)利。與基于 InGaAs 的傳統(tǒng) SWIR（波長(zhǎng)范圍 900 nm 至 1700 nm）相比，安森美 SWIR 傳感器覆蓋的光譜范圍更寬（400 nm 至 2100 nm）。此外，安森美的 SWIR 系列傳感器屬于 EAR99 類(lèi)別，與受 ITAR 管制的 InGaAs SWIR 傳感器相比，出口更為便捷。目前，已推出的 SWIR 產(chǎn)品有 BGA 封裝、100 萬(wàn)分辨率及 200 萬(wàn)分辨率的攝像頭，更多產(chǎn)品正在研發(fā)中。

案例研究與應(yīng)用

安森美為機(jī)器人和 AMR 領(lǐng)域提供了豐富多樣的圖像傳感器產(chǎn)品組合。 采用全局快門(mén)的 SLAM 技術(shù)與 iToF 相結(jié)合，使 AMR 能夠在倉(cāng)庫(kù)和工廠等復(fù)雜環(huán)境中實(shí)現(xiàn)精確導(dǎo)航 ，即使環(huán)境中存在移動(dòng)物體，也能確保準(zhǔn)確的地圖構(gòu)建。iToF 提供精確的深度感知，用于檢測(cè)距離和障礙物。

在避障方面， Hyperlux 系列的卷簾快門(mén)與高動(dòng)態(tài)范圍技術(shù)能在動(dòng)態(tài)環(huán)境下提供高精度的感知能力 ，使 AMR 能夠在低照度條件下工作并避開(kāi)障礙物。安森美的圖像傳感器具有全局快門(mén)、高速與低功耗特性，非常適合用于庫(kù)存?zhèn)}庫(kù)和裝配線上進(jìn)行讀碼，有助于提高操作的準(zhǔn)確性與效率?。

圖 1. AMR 應(yīng)用場(chǎng)景和推薦傳感器

安森美始終處于新型傳感器研發(fā)的前沿

圖像傳感器對(duì)機(jī)器人與 AMR 至關(guān)重要，它們使機(jī)器人能夠在動(dòng)態(tài)環(huán)境中導(dǎo)航并實(shí)時(shí)適應(yīng)環(huán)境變化。三維建圖、立體成像、iToF 及高動(dòng)態(tài)范圍技術(shù)協(xié)同作用?，提升了深度檢測(cè)、避障和條形碼讀取的準(zhǔn)確性。實(shí)現(xiàn)高精度圖像感知系統(tǒng)需要在 AMR 中安裝各種傳感器，這些傳感器需根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景與用戶(hù)需求?進(jìn)行定制。

目前，AMR 可能需要配置 3 至 4 個(gè)傳感器，但隨著未來(lái)技術(shù)趨勢(shì)的發(fā)展和客戶(hù)需求的變化，這一數(shù)量可能會(huì)有所改變。安森美在傳感器的研發(fā)方面處于領(lǐng)先地位。我們的 Hyperlux 傳感器具備低功耗、小尺寸和適用于工業(yè)及消費(fèi)應(yīng)用的多功能性等特點(diǎn)。另外，安森美還推出了能夠檢測(cè)可見(jiàn)光譜以外光線的 SWIR 傳感器。這些創(chuàng)新成果體現(xiàn)了安森美致力于不斷創(chuàng)新以推動(dòng)圖像感知技術(shù)的發(fā)展。