安森美智能感知技术和方案助力工业自动化创新

2022-01-18 来源：中电网

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智能感知是赋能机器视觉、机器人、扫描和检测等工业自动化的关键技术之一。安森美(onsemi)在成像领域有超过40年的丰富经验，在激光雷达(LiDAR)等深度感知领域也领先行业，提供各种先进的智能感知方案，采用高度差异化的成像技术如高动态范围、全局快门、近红外、RGB-IR及深度感知技术如硅光电倍增管(SiPM)，满足不同的应用需求，并与工业相机领域的全球领袖合作，共同推进工业创新，实现工业自动化。

高动态范围

动态范围指场景中最亮的区域和最暗的区域之间的比值。

830万像素的AR0821：片上HDR（eHDR）技术，提供超过140 dB的同类最佳动态范围

AR0821提供830万像素、60fps 的4K视频，且功耗极低，采用卷帘快门、安森美独有的2.1µm DR-Pix™背照式（BSI）像素设计和嵌入式高动态范围(eHDR)技术，赋能高量子效率和高动态范围，在具挑战的照明条件下提供卓越的图像质量和先进的功能，适用于扫描仪/读卡器、机器视觉相机等应用。AR0821已被集成到Basler dart系列区域扫描相机模块中，赋能广泛的图像处理应用，并提供最新的机器视觉技术。

全局快门

卷帘快门的每行曝光的起始时间和结束时间不一致，因此在拍摄移动物体时会出现变形。而全局快门等效于机械快门的电子化，所有的像素在同一时刻开始曝光，同一时刻结束曝光，拍摄移动物体时不会产生变形。工业很多应用场景都需要捕获高速移动物体的图像，所以工业相机大多需要采用全局快门传感器。

全局快门明星产品：高性能、低噪声XGS图像传感器系列加快开发

XGS图像传感器系列采用高带宽，低功耗架构，3.2 um全局曝光，仅2块PCB就可支持11种分辨率，分辨率的范围从200万到4500万，同一相机硬件设计兼容多种分辨率和帧率，大大缩短设计人员开发时间。其中，XGS 2000到XGS 16000引脚对引脚，兼容29 mm x 29 mm，XGS 20000到XGS 45000引脚对引脚，兼容大于50 mm x 50 mm的相机。针对ITS市场，安森美提供专用版本，优化后的色彩滤波阵列(CRA)能适配目前ITS 市场上的主流镜头。

XGS系列传感器的关键规格如下：

XGS系列针对不同应用提供不同的主入射角(CRA)，如针对机器视觉的0°，适用于大面幅捕获的10°，针对ITS的4.7°或7.3°。

XGS系列不仅提供11种不同分辨率，同一分辨率还有不同的速率版本，设计人员可根据不同的相机接口来选择相应的产品，包括CXP-6接口、万兆网(10 GigE)、Camera Link、5Gbase-T、USB 3.0等高、中、低速接口。

安森美提供3个不同的XGS开发平台：XGS演示套件、X-Celerator和X-Cube。XGS演示套件是给客户端演示或会议室演示IQ的基准，传感器+镜头座较大，没有板上电源系统，相机内无FPGA，可捕获最大速度，但在电脑只能显示小于30 fps的速率，硬件需要安森美提供FrameBuffer 板 + Demo3，通过USB 3.0与PC通信，软件是安森美的DevWare系统，没有公开算法代码。X-Celerator是为FPGA开发或生态系统提供，传感器+镜头座较大，有板上电源系统，相机内无FPGA，可捕获最大速度，硬件取决于FPGA开发工具包，与PC的通信由用户定义，软件由客户提供，安森美也可提供公开算法代码。X-Cube主要面向MIPI接口的ISP系统或SoC系统，提供29 mm x 29 mm的接口，有板上电源系统，相机中有小的FPGA将HiSPi接口转换成MIPI接口，系统速度 30 fps，硬件采用安森美的IAS板+Demo3板或直接接到用户的ISP板，PC通信可由用户定义或通过Demo3的USB 3.0，软件取决于用户或使用安森美的DevWare，不提供公开算法代码。

全局快门：AR0234，专为各种要求高质量图像感知的应用而设计

随着越来越多的制造商采用基于视觉的专家系统实现自动化，对高质量图像感知的需求正在增加。这需求要求优化图像传感器的尺寸、性能和功耗。AR0234满足这些要求，适用于机器视觉摄像机、增强实境（AR）／虚拟实境（VR）／混合实境（MR）头显、自主移动机器人（AMR）和条码读取器等各种不同应用。

AR0234CS捕获1080p视频和单帧图像，最高可以每秒120 fps的速度运行。该230万像素传感器凭借其领先行业的快门效率，最小化高速场景中的帧与帧之间的失真，并减少其他图像传感器所遇到的运动伪像，从而生成清晰的图像。AR0234CS传感器的创新像素架构提供所需的宽动态范围，以支持从黑暗的夜晚到明亮的阳光等各种照明条件。低噪声和改进的微光响应使其适用于横跨消费、商业和工业IoT的应用，且扩展的工作温度范围使其可部署在具有挑战性的户外条件下。AR0234CS的其他先进特性包括：带有片上直方图的可编程感兴趣区域、自动曝光控制和5 x 5统计引擎、完全集成的频闪照明控制、灵活的跳行和跳列模式，以及水平和垂直镜像、开窗和像素合并。

与AP1302图像信号处理器（ISP）一起， AR0234CS提供一个全面的相机系统，能快速设计和开发，以实现快速上市。此外，系统设计人员可以访问DevSuite软件来评估传感器的特性和功能、配置和精调，并提供可用于进一步图像处理的现成输出。AR0234CS具有彩色和黑白变体版本，CRA为0°或28°。

近红外

近红外加强(NIR+)的产品比传统产品在近红外波段的量子效率(QE)高3倍，意味着在相同噪底下，相同曝光时间和增益下，NIR+产品比传统产品的画面亮度更亮。反之，要达到相同的画面亮度，NIR+产品可使用更少的近红外照明，从而降低整体功耗和成本。

RGB-IR

RGB-IR产品其阵列中的IR像素采用NIR+ IR差分算法，可使传统工业相机省去IR cut的切换，以降低维护成本，同时减少占位。经过RGB-IR处理的产品捕获的图像会呈现出更丰富更真实的色彩。

采用RGB-IR的代表产品：AR0237 RGB-IR，减小占位并降低成本

200万像素、1/2.7英寸的AR0237 RGB-IR传感器集成白天彩色成像和夜间近红外成像的能力。传统的机械红外截止滤光片可能导致重新对焦问题和昂贵的维护费，且噪声大，增加占位，AR0237 RGB-IR则省去了这样的机械红外截止滤光片，避免了这些问题，适用于高动态范围成像的应用。AR0237 RGB-IR采用dual band IRCF，微光环境下所有像素均为IR像素，ISP采用黑白影像处理，环境光照射下 ISP以IR像素为参考，从RGB像素中去除红外信号进行彩色影像处理，无损正常颜色信息。

激光雷达 (LiDAR)

LiDAR 感知是工业自动化和控制系统的趋势方案，因为它具有高精度、快速和可扩展性等优势。使用SiPM阵列的 LiDAR 感知可实现物体探测和避让，以及移动和占用检测。

安森美的SiPM 阵列具有创新的快速模式，可缩短感知时间，具有领先行业的效率和动态范围，使传感器能在各种环境中工作，包括阳光直射。安森美提供 LiDAR方案以及广泛的 LiDAR 开发平台和工具、高技术和经验丰富的应用工程师支援，以协助产品开发。

相关产品

RB系列

RB 系列是近红外(NIR) 增强型SiPM，适用于使用 905nm 和 940nm 等近红外照明的 LiDAR 和测距应用。

评估/开发套件

直接飞行时间(dToF)SiPM LiDAR 参考平台 SECO-RANGEFINDER-GEVK是具成本优势的单点测距仪开发套件，适用于测距范围0.11 m 到 23 m的工业测距，基于RB 系列 NIR 增强型 SiPM，集成了所有基本系统组件，包括激光器和参考电路 (Tx)、接收电路 (Rx)、电源管理系统以及核心 FPGA 和 UART 通信，可作为评估套件或完整的参考设计，开箱即用，具有易于使用的图形用户界面(GUI)，可调节系统变量，时间-数字转换器(TDC)具有自动校准功能，软件可调设置适用于各种工业应用，符合激光安全标准IEC / EN 60825-1:2014 、21 CFR 1040.10 和1040.11 (Laser Notice No. 56除外)。