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安森美半導體供稿 物聯(lián)網(wǎng)(IoT)將涉及大量的邊緣設備，需要由FOG節點(diǎn)將處理后的數據進(jìn)行聚合，進(jìn)而發(fā)送到云/數據中心，然后從云/數據中心再發(fā)送最終的指令經(jīng)由FOG到邊緣設備。未來(lái)邊緣設備的激增及添加人工智能(AI)進(jìn)行分析處理的特征，要求盡可能降低功耗和更智能。邊緣設備包括智能家居，其中有大量的新興應用如安防、家電、助手和手勢識別等涉及視覺(jué)IoT，直觀(guān)/易用的成像子系統至關(guān)重要。 圖像傳感器領(lǐng)袖安森美半導體在視覺(jué)IoT領(lǐng)域具有獨特的優(yōu)勢，包括廣博的圖像傳感器陣容、領(lǐng)先行業(yè)并不斷改進(jìn)的成像技術(shù)、豐富的應用專(zhuān)知和現場(chǎng)應用工程團隊支援等，滿(mǎn)足不同的成像應用需求，推進(jìn)更智能、更低功耗、新興的視覺(jué)IoT應用的關(guān)鍵進(jìn)展。 成像和機器視覺(jué)要求 視覺(jué)IoT涵蓋人看到的成像和通過(guò)算法處理的機器視覺(jué)。例如，安防攝像機呈現出人類(lèi)看到的成像，視覺(jué)助手屬于機器視覺(jué)，可視門(mén)鈴則在用戶(hù)在家時(shí)直接提供成像，在用戶(hù)外出時(shí)進(jìn)行視頻錄制和比對，由于比對是通過(guò)算法進(jìn)行處理，所以這時(shí)就屬于機器視覺(jué)了。 對于傳統的成像，特定需求是高的圖像保真度。而對于機器視覺(jué)，性噪比和采樣是重要的因素，要求能準確地捕獲移動(dòng)物體。 同時(shí)，成像和機器視覺(jué)對圖像傳感器也有一些共同要求：如在不同的光照條件下，有強的環(huán)境光和微光同時(shí)存在時(shí)，需要好的像素性能實(shí)現出色的用戶(hù)體驗；通常要求視場(chǎng)寬， 有時(shí)需進(jìn)行魚(yú)眼校正；具性?xún)r(jià)比。 安防是未來(lái)視覺(jué)IoT最大的一個(gè)應用領(lǐng)域 對于IP攝像機、外部攝像頭、可視門(mén)鈴等安防應用，圖像品質(zhì)、高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)、微光性能和近紅外(NIR)是關(guān)鍵的性能因素。差異化因素包括低功耗和在日光/星光下的成像。 AR0237用于入門(mén)級安防應用 安森美半導體的AR0237是適合這類(lèi)應用的最具性?xún)r(jià)比的一款圖像傳感器，具有210萬(wàn)像素，分辨率1928 x 1088，能實(shí)現1080p/60 fps輸出，提供出色的微光性能和HDR，支持高動(dòng)態(tài)范圍的長(cháng)短交錯曝光，在捕獲到長(cháng)曝光和短曝光的兩個(gè)圖像后，通過(guò)圖像信號處理器(ISP)合成后，選擇兩個(gè)圖像中最佳的曝光像素并最終合成為1張令您滿(mǎn)意的圖像。 AR0237有RGB和RGB-IR兩種版本，其中RGB-IR版本增強的NIR靈敏度增強夜視能力，使得攝像頭無(wú)需特別的濾色片進(jìn)行日/夜的切換，同時(shí)使用紅外差譜技術(shù)以避免顏色的失真。 超星光級AR0221：領(lǐng)先的微光靈敏度和信噪比 200萬(wàn)像素的AR0221采用4.2 um背照式(BSI)像素技術(shù)，提供出色的3重曝光行交錯式HDR，分辨率1936 x 1096，支持1080p/30 fps的幀速率，信噪比最高達41.2 dB，其16:9的比例，具有鮮艷的色彩和高對比度。其它特性包括：陣列框選、自動(dòng)黑電平校準和板載溫度傳感器、工業(yè)級工作溫度范圍、以4通道MIPI CSI-2和HiSPi SLVS的形式提供雙數據接口，采用耐用、可靠且強固的iBGA封裝。 圖1很好地詮釋了AR0221為何可稱(chēng)為超星光級的產(chǎn)品：兩張圖片都攝于無(wú)月光、無(wú)星光的夜晚，光照都小于0.01 lux，場(chǎng)景相同且都用相同的鏡頭，采用AR0221拍攝的圖像明顯比AR0237拍攝的圖像更清晰，且AR0221僅使用了26倍增益，而AR0237使用了67倍增益。 
圖1：AR0221與 AR0237成像對比 AR0430：具備同步深度映射功能、低功耗 AR0430曾獲2018 CES嵌入式技術(shù)類(lèi)創(chuàng )新獎，分辨率2316 x 1746，線(xiàn)性滿(mǎn)井電荷容量超過(guò)15Ke-，從而提供HDR，采用Super Depth 技術(shù)實(shí)現同步視頻和深度映射，能夠提供距攝像機一米以?xún)热魏挝矬w的30 fps視頻流和深度圖像，實(shí)現以手勢分析來(lái)控制智能IoT設備以及建立增強實(shí)境(AR)/虛擬實(shí)境(VR)中簡(jiǎn)單3D模型等功能。 AR0430的低能耗性能使其僅需125 mW就能提供400萬(wàn)像素、30 fps輸出；在低功耗監測模式下，功耗降至8 mW。這在電池供電應用中尤為重要。 在標準成像模式下，無(wú)論是日間還是夜間的光線(xiàn)條件，AR0430都能呈現高品質(zhì)的圖像。該器件的內置功能使用戶(hù)能夠從單一圖像傳感器同時(shí)獲取彩色圖像和深度圖像，省下原本需要另外一個(gè)單獨提供深度映射功能的傳感器，從而降低成本。主要應用場(chǎng)景如1080p 120fps慢動(dòng)作視頻、1080p變焦、錄像和HDR成像。 AR0431：集成近紅外+(NIR+)能力、低功耗 AR0431是在A(yíng)R0430的基礎上增加了增強的NIR+靈敏度技術(shù)。如圖2所示，創(chuàng )新的工藝使850 nm和940 nm光的靈敏度加倍，而不影響可見(jiàn)光靈敏度，從而幫助安防和物聯(lián)網(wǎng)攝像機設計人員創(chuàng )建高靈敏度的夜間模式。增強的NIR+使AR0431即使在最暗的光照條件下也能實(shí)現更好的成像。與AR0430相比，AR0431用更少的NIR LED，可節省成本和功耗，或以較低的速度運行LED而省電。若與AR0430用相同的LED，可獲得更好的細節，捕獲更多的光。
圖2：增強的NIR+提高靈敏度 AR0431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(dòng)作視頻拍攝的應用。其低功耗優(yōu)勢，令其成為電池供電型安防攝像頭、運動(dòng)相機、車(chē)內行車(chē)記錄儀(DVR )和通用型監控攝像頭的理想選擇。 家電成像應用：AR0330實(shí)現高速圖像捕獲 在家電領(lǐng)域，常見(jiàn)的成像應用如冰箱、咖啡機和掃地機器人等，關(guān)鍵性能因素包括支持運動(dòng)的能力和HDR。由于小型化的需求，需要盡可能采用緊湊的方案，以實(shí)現差異化的競爭優(yōu)勢。如安森美半導體的小尺寸全高清AR0330，光學(xué)格式僅1/3英寸，有助于實(shí)現緊湊的設計，分辨率2304 x 1296，具有卓越的色彩準確度，微光靈敏度和低噪聲水平，可實(shí)現高速圖像捕獲，并包括可調配置(增益、幀速率和曝光)，同時(shí)保持低功耗。 此外，上文提到的用于安防領(lǐng)域的AR0237和AR0430同樣適用于家電成像應用。 “助手”是視覺(jué)IoT中非常有前景的一類(lèi)應用 如視覺(jué)助手、語(yǔ)音音響、服務(wù)/護理機器人等都屬于“助手”類(lèi)應用，快速對焦、HDR是這類(lèi)應用的關(guān)鍵性能因素，深度能力/智能是實(shí)現差異化的關(guān)鍵。 AR1335：通過(guò)PDAF快速對焦 AR1335采用相位檢測對焦(PDAF)技術(shù)，在用于視覺(jué)助手類(lèi)應用時(shí)能快速幫助把報紙、雜志、說(shuō)明書(shū)上的圖片聚焦然后轉換為語(yǔ)音使用戶(hù)聽(tīng)到。AR1335支持4K、30 fps輸出，基于1.1 um BSI像素，在1300萬(wàn)像素、30 fps模式下的功耗為270 mW，其它特性包括：高靈敏度實(shí)現極佳的微光性能、高滿(mǎn)井電荷容量(LFW)實(shí)現HDR、3D同步控制支持立體視頻捕獲等。除了視覺(jué)助手，AR1335還可用于4K錄像、身體攝像機、無(wú)人機、運動(dòng)攝像機等應用。 機器人應用 圖像傳感器用于如娛樂(lè )、掃地機器人、陪伴型機器人等應用的關(guān)鍵性能因素是視覺(jué)定位，即對移動(dòng)物體的成像，以及HDR。 全局快門(mén)AR0144解決拖影問(wèn)題 眾所周知，采用卷簾快門(mén)對移動(dòng)的物體曝光，圖像會(huì )產(chǎn)生拖影。全局快門(mén)可解決拖影問(wèn)題。安森美半導體在全局快門(mén)傳感器市場(chǎng)處于領(lǐng)先的市場(chǎng)地位。 AR0144是安森美半導體的一款可謂是明星級的全局快門(mén)圖像傳感器，已大量用于掃描、無(wú)人機、AR/VR、機器視覺(jué)、360度攝像頭、深度攝像機等市場(chǎng)，采用3.0 um像素，提供領(lǐng)先的全局快門(mén)能效，在輸出100萬(wàn)像素、60 fps時(shí)的功耗低于250 mW，能在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)場(chǎng)景應用中捕捉準確和快速的影像，尺寸極緊湊。 如圖3所示，采用卷簾快門(mén)的AR0141所捕獲到的轉動(dòng)的風(fēng)扇內的名片圖像已明顯變形，而采用全局快門(mén)的AR0144所捕獲的圖像沒(méi)有任何偽影。
圖3：AR0141對比AR0144 與同樣采用全局快門(mén)的競爭對手相比，AR0144的全局快門(mén)能效(GSE)比競爭對手好5倍，滿(mǎn)井電荷容量(LFW)好2倍。
圖4：AR0144提供同類(lèi)最佳的LFW和GSE 在無(wú)人機等動(dòng)態(tài)應用中，AR0144的低功耗特性能夠延長(cháng)充電時(shí)間間隔，其成像性能能更好地映射環(huán)境，避免嚴重碰撞。在3D攝像機和AR/VR設計中，AR0144可提供一種具性?xún)r(jià)比及小尺寸的方案，用于捕獲雙重圖像進(jìn)行3D成圖或深度感知。 此外，安森美半導體還提供AR0134和AR0135兩款全局快門(mén)傳感器，采用iBGA封裝，用于對可靠性要求更嚴格的應用。三款全局快門(mén)傳感器的關(guān)鍵規格如下表所示。 表1：安森美半導體的全局快門(mén)傳感器
結語(yǔ) 物聯(lián)網(wǎng)邊緣設備未來(lái)會(huì )趨于更智能和盡可能降低功耗。其涵蓋的智能家居市場(chǎng)中大量的新興應用將產(chǎn)生對成像子系統的需求，設計挑戰包括不受控制的光照環(huán)境和要求盡可能最低的功耗。通過(guò)把傳感器與系統單芯片(SoC)、鏡頭、模塊和算法結合在一起形成強大的生態(tài)系統以易于開(kāi)發(fā)將至關(guān)重要。安森美半導體的優(yōu)勢不僅在于擁有領(lǐng)先的圖像傳感器技術(shù)解決光照條件、功耗等多方面的挑戰，提供差異化方案和推進(jìn)未來(lái)的趨勢，并具備廣博的陣容滿(mǎn)足不同的需求，還提供開(kāi)發(fā)套件并結合行業(yè)伙伴的方案，幫助簡(jiǎn)化設計和降低成本。 |
