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安（ān）森美智能（néng）感知技術和方案助力工業自動化創新

2022-1-18 來源：安（ān）森美作（zuò）者：-

智能感知（zhī）是賦能機（jī）器視覺、機器（qì）人、掃描和檢測等工業（yè）自動化的關（guān）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（dù）感（gǎn）知領域也領先行業，提供（gòng）各種先進的智能感知方（fāng）案，采用高度差（chà）異化的成像技術如高動態（tài）範圍、全局快門、近紅外、RGB-IR及深度感知技術如矽光電倍增管(SiPM)，滿足不同的應（yīng）用（yòng）需求，並與工業相機領域的全球領袖合作，共同推進工業創新（xīn），實現工業自動化。

高動態範圍

動態（tài）範圍指場景中最亮的區域和最暗的區域（yù）之間的比值。

830萬像素的（de）AR0821：片上HDR（eHDR）技術，提供超過（guò）140 dB的同類最佳動（dòng）態範圍

AR0821提供830萬像素、60 fps 的4K視頻（pín），且功耗極低，采用卷（juàn）簾快門、安森（sēn）美獨有的2.1 µm DR-Pix™背照式（shì）（BSI）像素設計和嵌入（rù）式高動態範圍(eHDR)技術，賦能高量子效率和高動態（tài）範圍，在具挑戰的照明條件（jiàn）下提供卓越的圖像質量和先（xiān）進的功能，適用於掃描儀/讀卡器、機器視覺（jiào）相機等應用。AR0821已被（bèi）集成到Basler dart係列區域掃描相機模塊中（zhōng），賦能廣泛的圖像處理應用，並提供最新的機器視覺技術。

全局快門

卷簾（lián）快門的每行曝光的起始時間和結束時間不（bú）一致，因此在拍攝移動（dòng）物體時會出現變形。而全局快門等（děng）效於機械快門的電（diàn）子化，所有的像素在同一時刻開始曝光，同（tóng）一時刻結束（shù）曝光，拍攝移動物體（tǐ）時不會（huì）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（quán）局快門傳感器。

全局快門明星產品：高性能、低噪聲XGS圖像傳感器係列加快開發

XGS圖像傳感器係列采用高帶寬，低功耗架（jià）構，3.2 um全局曝光，僅（jǐn）2塊PCB就可支持11種分辨率，分辨率的範圍從200萬到4500萬，同一（yī）相機硬件設計兼容（róng）多種分辨（biàn）率和幀率，大（dà）大縮短設計人員開發時間。其中，XGS 2000到XGS 16000引腳對引腳（jiǎo），兼容29 mm x 29 mm，XGS 20000到XGS 45000引腳（jiǎo）對引腳，兼容大於50 mm x 50 mm的相機。針（zhēn）對ITS市場，安森美提供專（zhuān）用版本，優化後的色彩濾（lǜ）波陣列(CRA)能適（shì）配目前（qián）ITS 市場上的主流（liú）鏡（jìng）頭。

XGS係列傳（chuán）感器的（de）關鍵規（guī）格如下：

XGS係列針對不（bú）同應用提（tí）供不同的主入射（shè）角(CRA)，如針對機器視覺的0°，適用（yòng）於大麵幅捕獲的10°，針對ITS的4.7°或7.3°。

XGS係列不僅提供11種不同分辨率（lǜ），同一分辨率還有不同的速率版本，設計人員可根據（jù）不同的相機接口來選（xuǎn）擇相應的產品，包括CXP-6接（jiē）口（kǒu）、萬兆網(10 GigE)、 Camera Link、5Gbase-T、USB 3.0等高、中、低速接口。

安森美提供（gòng）3個不（bú）同的XGS開發平台：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（jìng）頭座較大，沒（méi）有板上電源係統，相機內無FPGA，可捕獲最大速度，但在電腦隻能顯示小於30 fps的速率，硬件需要（yào）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係統，沒有公開算法代碼。X-Celerator是為FPGA開發或（huò）生態係統提供，傳感（gǎn）器+鏡頭座較大，有板上電源係統，相機內無（wú）FPGA，可捕獲最大速度，硬件取決於FPGA開發工具包，與PC的（de）通信由用戶定義，軟件由客戶提供，安森美（měi）也可提供公開算法代碼。X-Cube主要麵向MIPI接（jiē）口的ISP係統或SoC係（xì）統，提供29 mm x 29 mm的接（jiē）口，有板上電（diàn）源係統，相機中有小的FPGA將HiSPi接口轉換成MIPI接口，係統速度 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，軟件取決於用戶或使（shǐ）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（liàng）圖像感知的應用而設計

隨著越來越（yuè）多的製造商采用基於視覺的專家係統（tǒng）實現自動化，對高質量圖像感知的需求正在增加。這需求要（yào）求優化圖像傳感器的尺寸、性能和功（gōng）耗。AR0234滿（mǎn）足這些要求，適用於機器視覺攝像機、增強實境（AR）／虛擬實（shí）境（VR）／混合實境（jìng）（MR）頭顯、自主移動機器人（AMR）和條碼讀（dú）取器等（děng）各種（zhǒng）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（jiān）的失（shī）真，並減少其他（tā）圖像（xiàng）傳感器所遇到的運（yùn）動（dòng）偽像，從而生成清晰（xī）的圖像。AR0234CS傳感（gǎn）器的創新像（xiàng）素架（jià）構提供所需的寬動態範圍，

以支持從黑（hēi）暗的夜晚到（dào）明亮的（de）陽光等各種照明條件（jiàn）。低噪（zào）聲和改進的微光響應使其（qí）適用於橫跨消費、商業和工業IoT的應用，且（qiě）擴展的工作溫度範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（kuò）：帶有片上（shàng）直方圖的可編程感興趣區域、自動曝光控製和5 x 5統計（jì）引擎、完（wán）全集成的頻閃照明（míng）控製、靈活的跳行和跳列模（mó）式，以及水平和垂直鏡像、開窗和像素合並。

與AP1302圖像信（xìn）號處理器（ISP）一起， AR0234CS提供一個全麵（miàn）的（de）相（xiàng）機係統，能快速設計和開發，以實（shí）現快速上市。此外，係統（tǒng）設（shè）計人員可（kě）以訪問DevSuite軟件來評（píng）估（gū）傳感器的特性和功能、配置和精調，並提供可用於進一步圖像處（chù）理的現成輸出。AR0234CS具有彩色和（hé）黑白變體版本，CRA為（wéi）0°或28°。

近紅外（wài）

近（jìn）紅外加強(NIR+)的產品比傳統產品在近紅外波段的量（liàng）子效（xiào）率(QE)高3倍，意味著在相（xiàng）同噪底下，相同曝（pù）光時間和增益下，NIR+產品比傳統產品的畫麵亮（liàng）度更亮。反之（zhī），要達（dá）到相同（tóng）的畫麵亮度，NIR+產品可使用更少的近紅外照（zhào）明，從而降（jiàng）低整體功耗和成本。

RGB-IR

RGB-IR產品其陣列中的IR像素采用（yòng）NIR+ IR差分算法，可（kě）使傳（chuán）統工業相機省去IR cut的切換，以降低維（wéi）護（hù）成本（běn），同時減少占位。經過RGB-IR處理的產品捕（bǔ）獲的圖像會呈現出更豐富更真實的（de）色彩。

采用RGB-IR的代（dài）表產品：AR0237 RGB-IR，減小占位並降低成本

200萬像素、1/2.7英寸的AR0237 RGB-IR傳感器集成白天彩色成像（xiàng）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（xīn）對焦問題和昂（áng）貴的維護費，且噪聲大，增加占位，AR0237 RGB-IR則省去了這樣的（de）機械紅外截止濾光片，避（bì）免了這些問題，適用於高動態範圍（wéi）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（sù）為參（cān）考，從（cóng）RGB像素中去除紅外信號進（jìn）行彩色影像處理，無損正常顏色信（xìn）息。

激光雷（léi）達 (LiDAR)

LiDAR 感知是工業自動化和控（kòng）製係統的趨勢方案，因為它具有高精度、快速（sù）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（zhèn）列具有創新的快速模式，可縮（suō）短感知（zhī）時間，具有（yǒu）領先（xiān）行業的效率（lǜ）和動態範圍，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 開發平台和工具、高技術和（hé）經驗豐富的應用工程師（shī）支援，以（yǐ）協助產品開（kāi）發。

相關產品

RB係（xì）列

RB 係列是近紅外(NIR) 增強（qiáng）型SiPM，適用於使用 905nm 和 940nm 等近紅外照明的 LiDAR 和測距應用。

評估/開（kāi）發套件

直接飛行時間(dToF) SiPM LiDAR 參（cān）考平台 SECO-RANGEFINDER-GEVK是具成本優勢的單點測距儀開發套（tào）件，適用於測距範圍0.11 m 到 23 m的工業測距，基於RB 係列 NIR 增強型 SiPM，集成了（le）所有基（jī）本係統組件，包括激光器和參考電路 (Tx)、接收電路 (Rx)、電源管理係統以及核心 FPGA 和 UART 通信，可作為評估（gū）套件或完整的參考設計，開箱即用，具有易於使用的圖（tú）形用戶界麵(GUI)，可調節係統變量，時間-數字轉換器(TDC)具有（yǒu）自動校準功能，軟件可調設置適用於各種工（gōng）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（tuī）動著高增長工（gōng）業市場的發展。安（ān）森美致力於針對（duì）市場（chǎng）趨勢和應用提供先進的感知技術、全麵的可（kě）擴展的智能感知方案陣容，以及全球（qiú）評估及（jí）應用工程支援，並攜手合作夥伴，共同推進工業自動化創新。

欲了解更多用（yòng）於工業（yè）自（zì）動化的智能感知方案，請訪問https://www.onsemi.cn/solutions/industrial/industrial-automation/machine-vision。

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