深度感知是現(xiàn)實(shí)機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用中不可或缺的關(guān)鍵功能。安森美（onsemi）的Hyperlux ID間接飛行時(shí)間（iToF）深度傳感器，憑借更少、更小、更簡(jiǎn)單的器件，即可實(shí)現(xiàn)高精度深度感知。

現(xiàn)代機(jī)器不僅要能夠移動(dòng)，更需自主感知周圍環(huán)境、識(shí)別操作對(duì)象，并理解周圍的世界。工業(yè)組件要實(shí)現(xiàn)真正的自動(dòng)化，其核心在于感知、定位并與世界交互的能力。當(dāng)這類組件由人工智能（AI）驅(qū)動(dòng)時(shí)，就需要深度傳感器為處理器提供視覺(jué)感知能力。

對(duì)機(jī)器視覺(jué)而言，要實(shí)現(xiàn)這種感知級(jí)別的識(shí)別能力，絕非易事。

當(dāng)機(jī)器執(zhí)行物體操作或規(guī)劃前方路徑時(shí)，其處理器需要在極短時(shí)間內(nèi)獲取盡可能多的深度數(shù)據(jù)點(diǎn)。傳統(tǒng)圖像傳感器會(huì)產(chǎn)生大量數(shù)字偽影，包括光暈、拖影、過(guò)飽和以及運(yùn)動(dòng)模糊。這些偽影并非真實(shí)的環(huán)境信息，如果缺乏深度感知功能及深度數(shù)據(jù)的有效解析手段，機(jī)器的處理器將無(wú)法做出準(zhǔn)確推斷。我們固然可以寄希望于人工智能或機(jī)器學(xué)習(xí)算法，助力機(jī)器區(qū)分真實(shí)場(chǎng)景與虛假干擾。但這里真正需要的是一款性能強(qiáng)大且穩(wěn)定可靠的深度傳感器，從而讓機(jī)器無(wú)需再?gòu)牟豢煽康囊曈X(jué)證據(jù)中去推測(cè)真實(shí)場(chǎng)景。

本白皮書旨在探討如何為具體應(yīng)用挑選合適的深度傳感器。作為全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體器件制造商之一，安森美生產(chǎn)各類傳感器設(shè)備，包括基于CMOS的圖像傳感器、超聲波傳感器、短波紅外（SWIR）傳感器以及激光雷達(dá)。

正如本白皮書[PDF]中所闡述，激光雷達(dá)之所以能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離深度感知，是因?yàn)樗捎昧酥苯语w行時(shí)間（dToF）技術(shù)。當(dāng)應(yīng)用場(chǎng)景中最關(guān)鍵的數(shù)據(jù)需求是實(shí)時(shí)測(cè)距時(shí)，dToF技術(shù)能為激光雷達(dá)提供優(yōu)于其他深度感知方法的采集速率，并具備檢測(cè)激光回波路徑中多個(gè)物體的能力。通過(guò)采用二維單光子雪崩二極管（SPAD）和硅光電倍增管陣列（SiPM）技術(shù)，安森美激光雷達(dá)組件能夠探測(cè)最遠(yuǎn)300米范圍內(nèi)的單光子信號(hào)。

然而激光雷達(dá)在分辨率方面存在局限。為實(shí)現(xiàn)全視場(chǎng)覆蓋，激光雷達(dá)需對(duì)前方場(chǎng)景進(jìn)行掃描，就像用畫筆在整個(gè)畫布上逐步涂繪一樣。這種方式難以識(shí)別遠(yuǎn)方物體的特征，尤其在物體邊緣輪廓不夠清晰時(shí)，這一問(wèn)題更為突出。

開發(fā)未來(lái)機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的工程師需要充分了解各類技術(shù)的差異，從而為自身的研發(fā)工作選擇合適的成像設(shè)備。

當(dāng)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)檢測(cè)到其感知范圍內(nèi)存在物體時(shí)，它不僅需要判斷物體的距離，還需推斷物體的形狀與結(jié)構(gòu)。這要求系統(tǒng)通過(guò)更高密度的數(shù)據(jù)點(diǎn)采集，獲取前方場(chǎng)景的更多數(shù)據(jù)，以實(shí)現(xiàn)更高的分辨率和保真度。例如：

工業(yè)安防系統(tǒng)聚焦大門或特定入口，探測(cè)約10米半徑內(nèi)的移動(dòng)物體或活動(dòng)跡象。

視頻會(huì)議系統(tǒng)拍攝畫面內(nèi)的人物，當(dāng)人物起身在室內(nèi)走動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)調(diào)整構(gòu)圖與對(duì)焦。

倉(cāng)庫(kù)和物流中心的庫(kù)存管理系統(tǒng)持續(xù)核驗(yàn)貨物庫(kù)存數(shù)量及其存儲(chǔ)位置。

工廠檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)零部件不間斷檢測(cè)，排查潛在瑕疵和缺陷。

物流系統(tǒng)對(duì)貨物和包裹進(jìn)行常態(tài)化尺寸測(cè)量，以優(yōu)化運(yùn)輸方案并提升運(yùn)輸安全性。

車輛裝載系統(tǒng)持續(xù)不斷地將庫(kù)存貨架上的貨物轉(zhuǎn)移到運(yùn)輸車輛上。

此類應(yīng)用場(chǎng)景均需要高分辨率深度傳感器來(lái)識(shí)別前方的物體，并輔助軟件推斷抓取、搬運(yùn)或操作物體的最優(yōu)方案。通過(guò)物體的外形或結(jié)構(gòu)判斷其屬性，離不開深度感知技術(shù)的支持。這項(xiàng)任務(wù)的難點(diǎn)在于，圖像仍是二維平面信息。但借助一些技術(shù)手段，可從二維數(shù)據(jù)中推導(dǎo)三維空間信息。安森美最新推出的Hyperlux ID iToF深度傳感器，便集成了這類前沿技術(shù)。

安森美技術(shù)延伸閱讀

適用于汽車、物流等領(lǐng)域的遠(yuǎn)距離測(cè)距激光雷達(dá)組件。

面向自動(dòng)駕駛車輛的先進(jìn)立體3D傳感技術(shù)。

用于自動(dòng)駕駛及駕駛輔助車輛的超聲波傳感器，可輔助車輛規(guī)避障礙物（含泊車場(chǎng)景）。

適用于各種工業(yè)應(yīng)用的Hyperlux CMOS圖像傳感器，具備高動(dòng)態(tài)范圍和優(yōu)異的低光性能。

深度感知的技術(shù)難題

距離屬于一維空間概念。激光束的特性恰好體現(xiàn)了一維空間感知方式的全部?jī)?yōu)勢(shì)與局限。對(duì)于以激光束作為感知機(jī)制的設(shè)備而言，要確定傳感器前方的環(huán)境構(gòu)成，就必須通過(guò)多次掃描并整合掃描所得的數(shù)據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。盡管技術(shù)發(fā)展正不斷加快這一掃描過(guò)程，但此類設(shè)備仍然存在物理限制。

實(shí)現(xiàn)深度感知至少需要一張二維圖像，而若能獲得兩張及以上二維圖像，則可推斷出三維信息。具備深度感知功能的圖像傳感器，其有效感知范圍受限于傳感器自身的分辨率。而激光束則不存在這一局限。我們可以為近地軌道（LEO）衛(wèi)星搭載激光雷達(dá)設(shè)備，從上千公里高空對(duì)地表地形與海平面進(jìn)行精準(zhǔn)測(cè)繪。

正是這一本質(zhì)區(qū)別，界定了激光雷達(dá)與圖像傳感器在工業(yè)應(yīng)用中的不同適用領(lǐng)域。如今，日常生活中越來(lái)越多的自動(dòng)化設(shè)備，開始采用基于CMOS的圖像傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)深度感知功能。在過(guò)去，基于CMOS的傳感器并不適用于消費(fèi)級(jí)數(shù)碼相機(jī)，尤其是專業(yè)攝影領(lǐng)域。這類傳感器對(duì)光學(xué)噪聲和電磁干擾十分敏感，而早期數(shù)碼相機(jī)所采用的電荷耦合器件（CCD），則能很好地解決這兩大問(wèn)題。

智能手機(jī)時(shí)代的到來(lái)徹底改變了這一局面。業(yè)界借助NASA噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室為航天項(xiàng)目研發(fā)的相關(guān)技術(shù)，優(yōu)化了CMOS傳感器的能效表現(xiàn)與實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。如今，安森美基于CMOS的Hyperlux ID AF0130和AF0131傳感器，相比CCD圖像傳感器與激光雷達(dá)組件，展現(xiàn)出多方面優(yōu)勢(shì)，具體如下：

能效更高，適用于需要低直流電壓或電池供電的應(yīng)用場(chǎng)景。

更易集成到機(jī)器設(shè)計(jì)與組件封裝中。

熱特性大幅優(yōu)化，無(wú)需主動(dòng)散熱系統(tǒng)。相較之下，激光雷達(dá)的光電探測(cè)器對(duì)溫度尤為敏感，尤其在35℃或以上環(huán)境中。

深度感知精度極高，依托120萬(wàn)像素（MP）分辨率和背照式（BSI）技術(shù)，結(jié)合傳感器內(nèi)置的圖像處理能力，可顯著提升感知精度。

圖像曝光速度更快，通過(guò)優(yōu)化傳感器的圖像信號(hào)處理、存儲(chǔ)及讀取方式，實(shí)現(xiàn)更快的曝光效率。

可編程性更強(qiáng)，支持通過(guò)情景感知功能對(duì)圖像傳感器進(jìn)行微調(diào)，使其更好地適配具體應(yīng)用需求。

激光雷達(dá)和直接飛行時(shí)間

如您所知，激光雷達(dá)是將雷達(dá)原理應(yīng)用于光波領(lǐng)域的技術(shù)。它通過(guò)分析物體反射的光波波形，測(cè)量激光發(fā)射點(diǎn)與被測(cè)物體之間的深度和距離。在地質(zhì)勘探和衛(wèi)星遙感應(yīng)用中，激光雷達(dá)通常依靠GPS來(lái)實(shí)現(xiàn)精確定位。該技術(shù)的工作原理與聲吶頗為相似：聲吶通過(guò)捕捉反射的聲波來(lái)測(cè)算發(fā)射器與物體的距離，而激光雷達(dá)則將激光脈沖與雷達(dá)原理相結(jié)合來(lái)完成測(cè)距。

在各類激光雷達(dá)組件中，固態(tài)SiPM的功耗最低，同時(shí)還具備極強(qiáng)的抗電磁干擾與抗光學(xué)噪聲能力。即便是在60米外、反射率僅約10%的未授權(quán)移動(dòng)物體，也能被它輕易識(shí)別；這一特性可為安防系統(tǒng)預(yù)留充足的響應(yīng)時(shí)間，及時(shí)封鎖入口并發(fā)出警報(bào)。

上圖展示了太陽(yáng)輻射在地球大氣層內(nèi)（深色）與大氣層外（淺色）被探測(cè)到的光子相對(duì)數(shù)量。觀察圖表可以發(fā)現(xiàn)，隨著波長(zhǎng)增加，在近紅外（NIR）波段的905nm與940nm處，以及短波紅外（SWIR）波段的1550nm處，光子數(shù)量均出現(xiàn)了斷崖式下降。太陽(yáng)光中這些波段的光子占比極低，因此非常適合用于激光雷達(dá)。安森美大多數(shù)客戶的應(yīng)用場(chǎng)景均集中在905-940nm波段，該波段同時(shí)也是激光雷達(dá)高性價(jià)比組件的主要覆蓋區(qū)間。

當(dāng)應(yīng)用場(chǎng)景僅需通過(guò)光波判斷遠(yuǎn)處是否存在物體時(shí)，單點(diǎn)深度感知方案具有顯著實(shí)用性與高效性。氣象學(xué)家或地質(zhì)學(xué)家可能會(huì)關(guān)注激光雷達(dá)反射波的光譜分析能力，而在日常工業(yè)應(yīng)用中，當(dāng)系統(tǒng)僅需判斷前方有無(wú)物體這種二元狀態(tài)時(shí)，SiPM無(wú)疑是光傳感器件的出色選擇。

安森美技術(shù)延伸閱讀

激光雷達(dá)在工業(yè)測(cè)距領(lǐng)域的應(yīng)用

SiPM dToF激光雷達(dá)平臺(tái)入門指南[PDF]

視頻：第三代SiPM激光雷達(dá)演示系統(tǒng)室內(nèi)測(cè)試

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Hyperlux ID與間接飛行時(shí)間技術(shù)

基于CMOS的圖像傳感器在深度感知范圍上存在局限，其無(wú)歧義測(cè)距范圍在常規(guī)條件下受限于單次光調(diào)制周期。該上限閾值Dmax的計(jì)算公式如下：

其中，常數(shù)c代表光速，fm代表調(diào)制光頻率。例如，如果傳感器采用60MHz的單頻調(diào)制方案，其無(wú)歧義測(cè)距范圍上限僅為2.5米。

Hyperlux ID專為工廠車間和包裝流水線等場(chǎng)景設(shè)計(jì)。在這類場(chǎng)景中，機(jī)器人系統(tǒng)需要精準(zhǔn)測(cè)量機(jī)械臂與食品等易損物料表面之間的距離。

在上述應(yīng)用環(huán)境中，采用間接飛行時(shí)間技術(shù)進(jìn)行深度測(cè)量，會(huì)更簡(jiǎn)便、更具實(shí)用性。與激光雷達(dá)類似，iToF技術(shù)同樣會(huì)比較反射光與發(fā)射光，但區(qū)別在于，iToF通過(guò)推導(dǎo)計(jì)算來(lái)獲取距離信息。Hyperlux ID以940nm紅外激光二極管作為光源，借助全局快門技術(shù)，一次性完成所有入射光的采集。相較之下，卷簾快門的工作方式是自上而下逐行曝光傳感器，類似于傳統(tǒng)的機(jī)械焦平面快門。這種快門模式雖能滿足消費(fèi)級(jí)數(shù)碼相機(jī)的使用需求，但即便是iToF技術(shù)，也無(wú)法完全彌補(bǔ)卷簾快門的性能缺陷。

Hyperlux ID的全局快門技術(shù)支持同時(shí)完成八次曝光（兩種頻率各對(duì)應(yīng)四個(gè)相位），并將所有曝光數(shù)據(jù)整合存儲(chǔ)為單幀圖像。這樣可以幾乎完全消除運(yùn)動(dòng)引起的相位誤差。

當(dāng)激光等恒定調(diào)制光源發(fā)出的光線經(jīng)物體反射后，反射光與發(fā)射光之間會(huì)產(chǎn)生微小的相位差。傳感器通過(guò)相位差的大小來(lái)判斷物體的距離，但具體距離數(shù)值需要通過(guò)數(shù)學(xué)運(yùn)算推導(dǎo)得出。具體而言，通過(guò)評(píng)估反射光在0°、90°、180°和270°四個(gè)象限邊緣處的波幅，計(jì)算出接收光波與調(diào)制光波之間的相位差。該相位差?Φ可通過(guò)以下雙參數(shù)反正切公式計(jì)算得出：

在相位差?Φ、激光調(diào)制頻率fm和光速c均為已知值的情況下，計(jì)算每個(gè)采樣點(diǎn)的距離d就會(huì)變得十分簡(jiǎn)單，如下所示：

以上便是間接飛行時(shí)間技術(shù)從包含相位偏移的圖像數(shù)據(jù)中推導(dǎo)距離數(shù)據(jù)的方法。該技術(shù)之所以適用于深度感知應(yīng)用，是因?yàn)槠渫ㄟ^(guò)全局快門實(shí)現(xiàn)了相位數(shù)據(jù)的并行采集，而不是通過(guò)移動(dòng)激光器進(jìn)行串行掃描。不過(guò)，使用單個(gè)調(diào)制器時(shí)，iToF技術(shù)僅適用于極短距離的測(cè)量。安森美通過(guò)一項(xiàng)名為智能iToF的創(chuàng)新專利技術(shù)，在一定程度上克服了這些限制。

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高速全局快門圖像傳感器如何降低AI視覺(jué)系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷

借助技術(shù)進(jìn)步攻克間接飛行時(shí)間技術(shù)目前面臨的挑戰(zhàn)

視頻：為不同應(yīng)用挑選合適的圖像傳感器

Hyperlux ID結(jié)合智能iToF技術(shù)如何攻克實(shí)際應(yīng)用挑戰(zhàn)

Hyperlux ID是一款基于iToF技術(shù)實(shí)現(xiàn)深度信息感知的圖像傳感器，因此屬于深度傳感器。與垂直腔面發(fā)射激光器（VCSEL）等主動(dòng)照明系統(tǒng)相結(jié)合，Hyperlux ID能夠同時(shí)計(jì)算VCSEL激光與自身發(fā)射光的反射光的相位偏移，并在該過(guò)程中對(duì)兩種光源的光強(qiáng)進(jìn)行調(diào)制處理。通過(guò)在單次曝光時(shí)間內(nèi)切換兩種不同的頻率，傳感器的無(wú)歧義測(cè)距上限Dmax得以提升，其計(jì)算方式采用了更小的分母參數(shù)——具體而言，就是這兩種頻率的最大公約數(shù)（GCD）：

在安森美評(píng)估套件的測(cè)試中，AF0130表現(xiàn)優(yōu)異：在熒光燈照明的淺色中性色調(diào)走廊環(huán)境下，可清晰識(shí)別30米處反射率為70%的目標(biāo)物體；在霧霾天氣的陰影環(huán)境中，即便光照強(qiáng)度高達(dá)20,000勒克斯，仍能清晰識(shí)別20米處的同規(guī)格目標(biāo)物體。在上方偽彩色深度圖中，圖像的色彩與反射物體的大致距離相對(duì)應(yīng)。

更精準(zhǔn)的深度計(jì)算方案

AF0130內(nèi)置嵌入式深度處理ASIC，可在片上處理所有深度感知運(yùn)算。對(duì)于傾向于使用自研深度處理算法的客戶，安森美提供了AF0131。其實(shí)時(shí)處理功能可讓深度數(shù)據(jù)即時(shí)投入應(yīng)用，滿足機(jī)器人定位與運(yùn)動(dòng)控制、避障、安防預(yù)警和人體手勢(shì)識(shí)別等功能的需求。

為提高深度計(jì)算精度，智能iToF技術(shù)通過(guò)四幀獨(dú)立采集的圖像（每幀對(duì)應(yīng)波形的一個(gè)90度相位），估算每個(gè)像素的反射率。借助這些反射率數(shù)據(jù)，AF0130能夠?qū)⑺膸瑘D像的數(shù)據(jù)整合為一幀，生成深度圖。

對(duì)于深度圖中的每個(gè)給定點(diǎn)，像素響應(yīng)均與該給定點(diǎn)處物體的反射率相關(guān)，反射率Rpix可通過(guò)以下公式計(jì)算：

其中，ρ代表像素反射率，D代表圖像傳感器與該像素之間的距離，而A代表該點(diǎn)受到的環(huán)境光強(qiáng)度。物體的反射率反映了物體產(chǎn)生的光信號(hào)強(qiáng)度。可視化軟件能夠以顏色來(lái)表示相對(duì)深度——較近的物體位于光譜中偏向紅色的區(qū)域，較遠(yuǎn)的物體則位于光譜另一端的藍(lán)紫色區(qū)域。

強(qiáng)光環(huán)境下的高精度深度感知

環(huán)境光過(guò)強(qiáng)會(huì)導(dǎo)致像素接收的深度信號(hào)飽和甚至完全失效，這是iToF深度傳感技術(shù)的一大痛點(diǎn)。當(dāng)傳感器前方的場(chǎng)景處于強(qiáng)光照射下時(shí)（例如工業(yè)裝配車間環(huán)境），所有圖像傳感器，尤其是采用iToF技術(shù)的CMOS圖像傳感器，其判斷深度與距離的難度都將顯著增加。

要削弱環(huán)境光的影響，需采用環(huán)境光抑制的圖像處理技術(shù)。該技術(shù)巧妙運(yùn)用光學(xué)原理與波長(zhǎng)調(diào)制方法，將光學(xué)信號(hào)視為聲學(xué)信號(hào)進(jìn)行處理，從而克服物體表面光信號(hào)過(guò)飽和的問(wèn)題。環(huán)境光過(guò)強(qiáng)會(huì)給距離與反射率的測(cè)量帶來(lái)諸多挑戰(zhàn)，而Hyperlux ID則通過(guò)兩種方式克服了這些挑戰(zhàn)：一是在符合人眼安全標(biāo)準(zhǔn)的前提下優(yōu)化照明功率；二是調(diào)節(jié)積分時(shí)間，即在設(shè)定的測(cè)量周期內(nèi)，靈活調(diào)整傳感器的光積分量。

消除運(yùn)動(dòng)偽影

采用iToF技術(shù)的CMOS圖像傳感器，面臨的另一大挑戰(zhàn)是消除運(yùn)動(dòng)偽影。運(yùn)動(dòng)偽影指?jìng)鞲衅髟谠噲D捕捉運(yùn)動(dòng)物體時(shí)，圖像中出現(xiàn)的失真或不真實(shí)的元素。在普通CCD數(shù)碼相機(jī)中，高速運(yùn)動(dòng)的物體在畫面中會(huì)呈現(xiàn)為模糊影像。由于膠片相機(jī)也會(huì)產(chǎn)生類似的模糊效果，這種現(xiàn)象常被視為攝影的固有特性，甚至被用作藝術(shù)表現(xiàn)手法。

對(duì)于高速光電探測(cè)器而言，這類本應(yīng)表現(xiàn)為模糊的影像（例如旋轉(zhuǎn)的螺旋槳葉片，或傳送帶另一側(cè)高速運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械臂），可能呈現(xiàn)為懸浮在空中的怪異虛影。這些虛影并非真實(shí)物體，因此需要圖像處理單元將其識(shí)別并忽略。

AF0130的偽影補(bǔ)償始于其全局快門技術(shù)，該技術(shù)可讓傳感器的所有像素同時(shí)曝光。

為了測(cè)試這種智能iToF技術(shù)的有效性，安森美開展了一項(xiàng)測(cè)試：使用一個(gè)裝有三塊不同厚度木塊的旋轉(zhuǎn)輪盤（木塊顏色越深則厚度越大）進(jìn)行成像。在競(jìng)品傳感器拍攝的畫面中，輪盤上始終呈現(xiàn)出六塊木塊的影像——這是傳感器受環(huán)境光等因素影響，與光線發(fā)生異常作用而產(chǎn)生的光學(xué)錯(cuò)覺(jué)。相比之下，AF0130拍攝的視頻雖也存在輕微的光學(xué)錯(cuò)覺(jué)，但其每一幀畫面中僅顯示三塊木塊，只是木塊會(huì)出現(xiàn)位置小幅偏移和交替閃爍換位的現(xiàn)象。AF0130拍攝的每一幀畫面都更加貼近真實(shí)場(chǎng)景，基于這些畫面生成的深度圖，精度也遠(yuǎn)高于競(jìng)品。

成像系統(tǒng)的典型幀曝光處理流程是，先將曝光數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器，然后分配時(shí)間執(zhí)行讀出階段。讀出階段的任務(wù)是，將傳感器采集到的像素值依次數(shù)字化并存儲(chǔ)到存儲(chǔ)器中。普通圖像傳感器被設(shè)定為曝光后立即開始讀出階段。如果傳感器需要對(duì)連續(xù)八幀圖像重復(fù)此過(guò)程，那么曝光間隔將過(guò)大，導(dǎo)致深度圖各部分?jǐn)?shù)據(jù)無(wú)法準(zhǔn)確匹配。這個(gè)問(wèn)題會(huì)導(dǎo)致圖像中出現(xiàn)大量運(yùn)動(dòng)偽影，對(duì)于繁忙的城市街道或裝配線傳送帶等實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景而言，這是不可接受的。

AF0130搭載的智能iToF技術(shù)通過(guò)先連續(xù)完成八幀曝光，再統(tǒng)一執(zhí)行所有幀的讀出操作，克服了這一挑戰(zhàn)。這一設(shè)計(jì)大大減少了運(yùn)動(dòng)模糊現(xiàn)象，顯著提升了手勢(shì)識(shí)別系統(tǒng)的可靠性，這類系統(tǒng)需要準(zhǔn)確區(qū)分具有指令意義的手臂動(dòng)作與模糊虛影。（各幀曝光之間仍存在微小的時(shí)間間隔，但這些間隔短到足以忽略不計(jì)。）

以下是AF0130典型曝光場(chǎng)景的計(jì)算過(guò)程：120萬(wàn)像素傳感器的標(biāo)準(zhǔn)成像幀率約為29.97幀/秒；在MIPI存儲(chǔ)總線單通道吞吐量為1.2Gbps的條件下，其最優(yōu)曝光時(shí)間（首光子到末光子的響應(yīng)速度）為300μs。存儲(chǔ)幀中每個(gè)像素為12位，因此，當(dāng)兩條MIPI線路同時(shí)工作時(shí)，吞吐量應(yīng)該約為2億像素/秒。

一張120萬(wàn)像素的圖像包含1280×960個(gè)像素，因此該圖像的讀出耗時(shí)為6.1ms。Hyperlux AF0130可在首次讀出階段開始前，將所有曝光數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在傳感器內(nèi)。相較之下，競(jìng)品傳感器會(huì)在前四幀之間穿插執(zhí)行三次讀出操作，因此其首光子到末光子的響應(yīng)速度為0.3ms×4+6.1ms×3=19.2ms。

相較之下，AF0130首光子到末光子的響應(yīng)速度為0.3ms×4+0.25ms×3=2ms。憑借這一簡(jiǎn)單的流程調(diào)整，AF0130在29.97fps幀率下，運(yùn)動(dòng)性能達(dá)到了競(jìng)品的9.6倍。

再看另一種應(yīng)用場(chǎng)景：假設(shè)幀率提升至約60fps。為支持深度處理，每個(gè)MIPI通道的吞吐量需要達(dá)到2Gbps（此處假定該條件具備可行性）。在該吞吐量下，傳感器的像素處理能力可達(dá)3.33億像素/秒，單幀圖像的讀出耗時(shí)為3.7ms。AF0130首光子到末光子的響應(yīng)速度為0.1ms×4+0.25ms×3=1.15ms。而競(jìng)品傳感器的這一數(shù)值為0.1ms×4+3.7ms×3=11.5ms。這意味著，安森美Hyperlux ID系列傳感器在60fps的幀率下，運(yùn)動(dòng)性能達(dá)到了競(jìng)品的10倍。

利用情景配置實(shí)現(xiàn)靈活適配與微調(diào)

通過(guò)校準(zhǔn)Hyperlux ID的全局快門，可以針對(duì)特定應(yīng)用對(duì)這款圖像傳感器進(jìn)行微調(diào)。例如，如果傳感器需適配僅兩米外的傳送帶場(chǎng)景，則可以將AF013x校準(zhǔn)為聚焦于四米范圍內(nèi)的反射光信號(hào)。這類用于微調(diào)傳感器工作特性的參數(shù)規(guī)格可以作為情景配置存儲(chǔ)在傳感器本地。這樣一來(lái)，當(dāng)應(yīng)用場(chǎng)景發(fā)生變化時(shí)，只需切換使用對(duì)應(yīng)的情景配置即可。

AF013x還具備動(dòng)態(tài)調(diào)整能力。例如，當(dāng)反射物體距離過(guò)近，導(dǎo)致曝光強(qiáng)度過(guò)高、圖像細(xì)節(jié)丟失時(shí)，AF013x可自動(dòng)縮短曝光時(shí)間；或者，如果全局快門原本針對(duì)遠(yuǎn)距離探測(cè)設(shè)定，而近處有物體進(jìn)入畫面，動(dòng)態(tài)情景切換功能可讓傳感器立即重置參數(shù)，避免近處物體在畫面中呈現(xiàn)為大片模糊虛影。這一功能在安防監(jiān)控場(chǎng)景中尤為實(shí)用：例如，傳感器通常針對(duì)10米外的大門進(jìn)行參數(shù)調(diào)校，但仍能清晰捕捉在2米處進(jìn)入畫面的移動(dòng)物體（即便是高速移動(dòng)物體）。

降低系統(tǒng)復(fù)雜度與成本

對(duì)于采用iToF技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)單調(diào)制器圖像傳感器而言，深度感知的相關(guān)算法通常需要由外置微控制器或FPGA陣列來(lái)處理。而Hyperlux ID AF0130將這些功能直接集成到芯片內(nèi)部，使組件設(shè)計(jì)不再需要以下外置器件：

片外微控制器或FPGA陣列（這類器件需要獨(dú)立的電源樹和電壓軌）。

幀存儲(chǔ)單元（通常需要存儲(chǔ)器控制器）。

用于連接圖像傳感器、微控制器和存儲(chǔ)器的高速接口。

將深度處理功能集成到圖像傳感器內(nèi)，不僅能降低系統(tǒng)帶寬占用與算力需求，還可簡(jiǎn)化搭載該傳感器的組件設(shè)計(jì)、縮小組件尺寸，并降低組件的生產(chǎn)制造成本與運(yùn)維成本。

安森美技術(shù)延伸閱讀

適用于AF0130和AF0131的AGB1NOCS-GEVK評(píng)估板

視頻：間接飛行時(shí)間技術(shù)的進(jìn)展

Hyperlux ID量化結(jié)果

安森美Hyperlux ID AF0130與AF0131深度傳感器所實(shí)現(xiàn)的技術(shù)突破，可以重塑工業(yè)機(jī)器視覺(jué)組件的設(shè)計(jì)范式，使這類組件更易于生產(chǎn)制造、維護(hù)保養(yǎng)、工程開發(fā)，同時(shí)具備更高的性價(jià)比。

AF013x搭載的120萬(wàn)像素BSI全局快門，可使CMOS圖像傳感器實(shí)現(xiàn)超高精度的深度感知能力。

智能iToF技術(shù)與片上存儲(chǔ)結(jié)合，可減少甚至消除運(yùn)動(dòng)偽影，助力需要高精度機(jī)器視覺(jué)的圖像與物體識(shí)別系統(tǒng)類AI軟件提升準(zhǔn)確性。

片上集成算法處理功能，完全消除對(duì)外部微控制器的依賴，從而簡(jiǎn)化組件設(shè)計(jì)、縮小組件尺寸，同時(shí)降低功耗。

卓越的環(huán)境光抑制能力可提升傳感器的無(wú)歧義測(cè)距范圍，從而支持更廣泛的機(jī)器視覺(jué)新應(yīng)用。

依托安森美行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)DevWare X開發(fā)環(huán)境，可實(shí)現(xiàn)開放式軟件開發(fā)與可編程控制，并支持自定義情景配置。

技術(shù)愿景：邁向真正的機(jī)器視覺(jué)

在需要兼顧速度與精度、但無(wú)需超遠(yuǎn)距離感知的場(chǎng)景中，Hyperlux ID解決了機(jī)器視覺(jué)技術(shù)實(shí)用化與適配難題。現(xiàn)代機(jī)器需要“看清”自己的動(dòng)作，只需在關(guān)鍵微秒內(nèi)獲取相關(guān)的深度與空間數(shù)據(jù)。曾幾何時(shí)，低功耗CMOS技術(shù)因易受溫度與噪聲干擾，并不適用于這類應(yīng)用場(chǎng)景。但如今，隨著工程設(shè)計(jì)的改進(jìn)與編程技術(shù)的優(yōu)化，CMOS技術(shù)不僅克服了自身的短板，更在性能上超越了CCD等傳統(tǒng)技術(shù)。

隨著機(jī)器視覺(jué)技術(shù)逐漸成為各類時(shí)空感知設(shè)備的標(biāo)配功能，工業(yè)設(shè)備也亟需在技術(shù)性能、可靠性、供應(yīng)鏈穩(wěn)定性與技術(shù)支持服務(wù)上均能滿足規(guī)模化應(yīng)用需求的圖像傳感器。安森美提供的元器件產(chǎn)品，正致力于推動(dòng)機(jī)器視覺(jué)生態(tài)朝著更簡(jiǎn)潔、更高效的方向發(fā)展。

審核編輯 黃宇