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作者：安森美半導體 智能感知是賦能機器視覺、機器人、掃描和檢測等工業自動化的關鍵技術之一。安森美(onsemi)在成像領域有超過40年的豐富經驗，在激光雷達(LiDAR)等深度感知領域也領先行業，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如高動態范圍、全局快門、近紅外、RGB-IR及深度感知技術如硅光電倍增管(SiPM)，滿足不同的應用需求，并與工業相機領域的全球領袖合作，共同推進工業創新，實現工業自動化。 高動態范圍 動態范圍指場景中最亮的區域和最暗的區域之間的比值。 830萬像素的AR0821：片上HDR（eHDR）技術，提供超過140 dB的同類最佳動態范圍 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）像素設計和嵌入式高動態范圍(eHDR)技術，賦能高量子效率和高動態范圍，在具挑戰的照明條件下提供卓越的圖像質量和先進的功能，適用于掃描儀/讀卡器、機器視覺相機等應用。AR0821已被集成到Basler dart系列區域掃描相機模塊中，賦能廣泛的圖像處理應用，并提供最新的機器視覺技術。 全局快門 卷簾快門的每行曝光的起始時間和結束時間不一致，因此在拍攝移動物體時會出現變形。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，同一時刻結束曝光，拍攝移動物體時不會產生變形。工業很多應用場景都需要捕獲高速移動物體的圖像，所以工業相機大多需要采用全局快門傳感器。 全局快門明星產品：高性能、低噪聲XGS圖像傳感器系列加快開發 XGS圖像傳感器系列采用高帶寬，低功耗架構，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，同一相機硬件設計兼容多種分辨率和幀率，大大縮短設計人員開發時間。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系列傳感器的關鍵規格如下：
XGS系列針對不同應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，設計人員可根據不同的相機接口來選擇相應的產品，包括CXP-6接口、萬兆網(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，傳感器+鏡頭座較大，沒有板上電源系統，相機內無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，沒有公開算法代碼。X-Celerator是為FPGA開發或生態系統提供，傳感器+鏡頭座較大，有板上電源系統，相機內無FPGA，可捕獲最大速度，硬件取決于FPGA開發工具包，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系統或SoC系統，提供29 mm x 29 mm的接口，有板上電源系統，相機中有小的FPGA將HiSPi接口轉換成MIPI接口，系統速度 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，專為各種要求高質量圖像感知的應用而設計 隨著越來越多的制造商采用基于視覺的專家系統實現自動化，對高質量圖像感知的需求正在增加。這需求要求優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先行業的快門效率，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傳感器的創新像素架構提供所需的寬動態范圍，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使其適用于橫跨消費、商業和工業IoT的應用，且擴展的工作溫度范圍使其可部署在具有挑戰性的戶外條件下。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域、自動曝光控制和5 x 5統計引擎、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，能快速設計和開發，以實現快速上市。此外，系統設計人員可以訪問DevSuite軟件來評估傳感器的特性和功能、配置和精調，并提供可用于進一步圖像處理的現成輸出。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+)的產品比傳統產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+產品比傳統產品的畫面亮度更亮。反之，要達到相同的畫面亮度，NIR+產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產品其陣列中的IR像素采用NIR+ IR差分算法，可使傳統工業相機省去IR cut的切換，以降低維護成本，同時減少占位。經過RGB-IR處理的產品捕獲的圖像會呈現出更豐富更真實的色彩。 采用RGB-IR的代表產品：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。傳統的機械紅外截止濾光片可能導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，適用于高動態范圍成像的應用。AR0237 RGB-IR采用dual band IRCF，微光環境下所有像素均為IR像素，ISP采用黑白影像處理，環境光照射下 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 感知是工業自動化和控制系統的趨勢方案，因為它具有高精度、快速和可擴展性等優勢。使用SiPM陣列的 LiDAR 感知可實現物體探測和避讓，以及移動和占用檢測。 安森美的SiPM 陣列具有創新的快速模式，可縮短感知時間，具有領先行業的效率和動態范圍，使傳感器能在各種環境中工作，包括陽光直射。安森美提供 LiDAR方案以及廣泛的 LiDAR 開發平臺和工具、高技術和經驗豐富的應用工程師支援，以協助產品開發。 相關產品 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 和測距應用。 評估/開發套件 直接飛行時間(dToF) SiPM LiDAR 參考平臺 SECO-RANGEFINDER-GEVK是具成本優勢的單點測距儀開發套件，適用于測距范圍0.11 m 到 23 m的工業測距，基于RB 系列 NIR 增強型 SiPM，集成了所有基本系統組件，包括激光器和參考電路 (Tx)、接收電路 (Rx)、電源管理系統以及核心 FPGA 和 UART 通信，可作為評估套件或完整的參考設計，開箱即用，具有易于使用的圖形用戶界面(GUI)，可調節系統變量，時間-數字轉換器(TDC)具有自動校準功能，軟件可調設置適用于各種工業應用，符合激光安全標準IEC / EN 60825-1:2014 、21 CFR 1040.10 和1040.11 (Laser Notice No. 56除外)。
總結 感知技術的創新推動著高增長工業市場的發展。安森美致力于針對市場趨勢和應用提供先進的感知技術、全面的可擴展的智能感知方案陣容，以及全球評估及應用工程支援，并攜手合作伙伴，共同推進工業自動化創新。欲了解更多用于工業自動化的智能感知方案，請訪問https://www.onsemi.cn/solutions/ ... tion/machine-vision。 |
