機(jī)器人行業(yè)正呈現(xiàn)出諸多漸趨普及的發(fā)展態(tài)勢(shì)。其中，最為人熟知的是自動(dòng)送貨機(jī)器人、酒店服務(wù)機(jī)器人和餐廳服務(wù)員機(jī)器人。一旦消費(fèi)級(jí)機(jī)器人的價(jià)格降低，家用機(jī)器人的應(yīng)用場(chǎng)景將得到進(jìn)一步拓展，諸如家庭服務(wù)機(jī)器人和個(gè)人助理等。在機(jī)器人進(jìn)入家庭并與人類互動(dòng)之前，機(jī)器人制造商必須構(gòu)建妥善的系統(tǒng)，確保機(jī)器人能夠精準(zhǔn)、高效且安全的運(yùn)行。

這份白皮書將探討視覺(jué)系統(tǒng)對(duì)于機(jī)器人的重要意義。第一篇介紹了機(jī)器人分類與行業(yè)趨勢(shì)，第二篇將主要介紹安森美（onsemi）的圖像傳感器產(chǎn)品組合。

安森美的圖像傳感器產(chǎn)品組合

多年來(lái)，安森美設(shè)計(jì)并推出了適用于包括機(jī)器人領(lǐng)域等多種應(yīng)用場(chǎng)景的圖像傳感器?。

安森美的卷簾快門圖像傳感器

HyperluxTMLP

Hyperlux LP 產(chǎn)品系列專為低功耗應(yīng)用而設(shè)計(jì)。為了進(jìn)一步優(yōu)化芯片架構(gòu)，這些傳感器還具備運(yùn)動(dòng)喚醒 (WOM)和智能感興趣區(qū)域 (SmartROI)等實(shí)用功能，在各類工業(yè)和消費(fèi)應(yīng)用中發(fā)揮著重要作用。這些功能使得 Hyperlux LP 傳感器能夠在帶寬和功耗之間進(jìn)行合理權(quán)衡，采用這些傳感器的視覺(jué)系統(tǒng)能夠在極低功耗模式下運(yùn)行。該系列采用 1.4μm 堆疊式 BSI 技術(shù)，擁有 2000 萬(wàn)分辨率、800 萬(wàn)分辨率和 500 萬(wàn)分辨率三種版本，且都支持 RGB 與黑白模式。?

目前，這三款產(chǎn)品均已實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)?。SmartROI 功能使 AMR 能夠同時(shí)感知兩個(gè)感興趣區(qū)域，其目標(biāo)應(yīng)用包括視頻會(huì)議、機(jī)器人、機(jī)器視覺(jué)、AR/VR 以及 AMR 等場(chǎng)景?。

Hyperlux LH

Hyperlux LH 系列專為工業(yè)及消費(fèi)應(yīng)用環(huán)境中的高性能應(yīng)用而設(shè)計(jì)。由于具備高動(dòng)態(tài)范圍 (HDR) 特性，在混合光照條件下，其 HDR 可達(dá) 120dB，因此在低光照環(huán)境下表現(xiàn)出色。該系列還采用了 2.0 μm 堆疊式 BSI 像素，具有低噪聲和高靈敏度?特性。此外，Hyperlux LH 可應(yīng)用于汽車行車記錄儀、安防攝像頭和機(jī)器人領(lǐng)域。

目前，該系列已量產(chǎn)的產(chǎn)品有 800 萬(wàn)分辨率和 200 萬(wàn)分辨率兩款傳感器。其中，采用 2.0 μm 堆疊式 BSI 技術(shù)的 800 萬(wàn)分辨率版本支持 RGB 和黑白模式，而 200 萬(wàn)分辨率版本僅支持 RGB 模式?。這兩款產(chǎn)品均支持運(yùn)動(dòng)喚醒 (WOM) 功能，可進(jìn)一步降低功耗。傳感器能夠在需要時(shí)開(kāi)啟，不需要時(shí)關(guān)閉。嵌入式 eHDR 技術(shù)有效解決了線纜與 SoC 帶寬限制所帶來(lái)的瓶頸問(wèn)題?。

Hyperlux

Hyperlux 系列在高動(dòng)態(tài)范圍性能方面表現(xiàn)卓越，支持高達(dá) 150 dB 的動(dòng)態(tài)范圍且無(wú) LED 閃爍現(xiàn)象。其目標(biāo)應(yīng)用包括汽車行車記錄儀、自動(dòng)引導(dǎo)車輛 (AGV)、機(jī)器人配送、自動(dòng)駕駛汽車及 AMR 等。

安森美的全局快門圖像傳感器

Python

Python 系列采用獨(dú)特的像素架構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)感興趣區(qū)域處理速度的二次方級(jí)提升，性能遠(yuǎn)超競(jìng)品?。該系列提供了出色的圖像質(zhì)量、高速 10 位低功耗架構(gòu)及占位兼容方案?。

其先進(jìn)的 4.5/4.8 μm 全局快門 CMOS 設(shè)計(jì)確保了高性能、低噪聲以及約 60 dB 的動(dòng)態(tài)范圍，而 GS FSI 方案則支持高速圖像讀出?。Python 系列覆蓋 11 種分辨率，從 VGA 至 2500 萬(wàn)分辨率不等，主要用于機(jī)器人相關(guān)機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用場(chǎng)景。

XGS

XGS 系列是 Python 系列的迭代產(chǎn)品?，采用 3.2 微米像素，提供從 200 萬(wàn)分辨率到 4500 萬(wàn)分辨率的 11 種分辨率選項(xiàng)，應(yīng)用范圍廣泛。該系列具有方形與矩形兩種縱橫比，能夠最大限度地利用視場(chǎng)角(FOV)。該系列提供多種分辨率和速度等級(jí)，是一種經(jīng)濟(jì)高效的成像方案。

其主要優(yōu)勢(shì)包括全引腳兼容性、較短的產(chǎn)品上市時(shí)間，以及兩種占位?形式，支持從 200 萬(wàn)分辨率到 4500 萬(wàn)分辨率的所有分辨率。與競(jìng)品相比，XGS 系列的所有產(chǎn)品功耗降低了多達(dá) 2 倍，這使得熱管理更加容易，對(duì)傳感器性能（暗電流、讀出噪聲等）的影響更小，同時(shí)也降低了配套電子元件的成本?。

Hyperlux SG

Hyperlux SG 系列以其緊湊的外形尺寸、業(yè)界領(lǐng)先的全局快門效率及 120 幀/秒的高速成像能力脫穎而出。與前代產(chǎn)品相比，其全局快門效率 (GSE) 提高了 2 倍，非常適合捕捉移動(dòng)物體。該系列專為工業(yè)應(yīng)用設(shè)計(jì)，具備可編程/可切換的感興趣區(qū)域、嵌入式自動(dòng)曝光控制以及用于精確主動(dòng)照明的觸發(fā)/頻閃光源控制等功能，同時(shí)保持了低功耗特性。

Hyperlux SG 系列提供 VGA、100 萬(wàn)分辨率及 230 萬(wàn)分辨率選項(xiàng)?，適用于掃描設(shè)備、機(jī)器人、AMR、AR/VR 以及生物識(shí)別等應(yīng)用場(chǎng)景。目前，該系列的所有版本均已量產(chǎn)?。

深度感知

在深度感知方面，智能 iToF 傳感器集成了深度建圖功能?，無(wú)需昂貴的外部深度計(jì)算處理器，能夠進(jìn)行無(wú)延遲的實(shí)時(shí)計(jì)算。iToF 傳感器采用全局快門，所捕獲的圖像無(wú)運(yùn)動(dòng)偽影?。安森美的 120 萬(wàn)分辨率 iToF 傳感器在分辨率方面處于業(yè)界領(lǐng)先水平。此外，它能夠以極高的精度覆蓋 30 至 50 厘米的短距離及 10 至 20 米的長(zhǎng)距離范圍。

SWIR

2024 年 7 月，安森美收購(gòu)?了 SWIR Vision Systems 公司，該公司擁有基于膠體量子點(diǎn) (CQD) 技術(shù)的 CMOS 短波紅外SWIR 傳感器專利。與基于 InGaAs 的傳統(tǒng) SWIR（波長(zhǎng)范圍 900 nm 至 1700 nm）相比，安森美 SWIR 傳感器覆蓋的光譜范圍更寬（400 nm 至 2100 nm）。此外，安森美的 SWIR 系列傳感器屬于 EAR99 類別，與受 ITAR 管制的 InGaAs SWIR 傳感器相比，出口更為便捷。目前，已推出的 SWIR 產(chǎn)品有 BGA 封裝、100 萬(wàn)分辨率及 200 萬(wàn)分辨率的攝像頭，更多產(chǎn)品正在研發(fā)中。

案例研究與應(yīng)用

安森美為機(jī)器人和 AMR 領(lǐng)域提供了豐富多樣的圖像傳感器產(chǎn)品組合。采用全局快門的 SLAM 技術(shù)與 iToF 相結(jié)合，使 AMR 能夠在倉(cāng)庫(kù)和工廠等復(fù)雜環(huán)境中實(shí)現(xiàn)精確導(dǎo)航，即使環(huán)境中存在移動(dòng)物體，也能確保準(zhǔn)確的地圖構(gòu)建。iToF 提供精確的深度感知，用于檢測(cè)距離和障礙物。

在避障方面，Hyperlux 系列的卷簾快門與高動(dòng)態(tài)范圍技術(shù)能在動(dòng)態(tài)環(huán)境下提供高精度的感知能力，使 AMR 能夠在低照度條件下工作并避開(kāi)障礙物。安森美的圖像傳感器具有全局快門、高速與低功耗特性，非常適合用于庫(kù)存?zhèn)}庫(kù)和裝配線上進(jìn)行讀碼，有助于提高操作的準(zhǔn)確性與效率?。

圖 1. AMR 應(yīng)用場(chǎng)景和推薦傳感器

安森美始終處于新型傳感器研發(fā)的前沿

圖像傳感器對(duì)機(jī)器人與 AMR 至關(guān)重要，它們使機(jī)器人能夠在動(dòng)態(tài)環(huán)境中導(dǎo)航并實(shí)時(shí)適應(yīng)環(huán)境變化。三維建圖、立體成像、iToF 及高動(dòng)態(tài)范圍技術(shù)協(xié)同作用?，提升了深度檢測(cè)、避障和條形碼讀取的準(zhǔn)確性。實(shí)現(xiàn)高精度圖像感知系統(tǒng)需要在 AMR 中安裝各種傳感器，這些傳感器需根據(jù)具體的應(yīng)用場(chǎng)景與用戶需求?進(jìn)行定制。

目前，AMR 可能需要配置 3 至 4 個(gè)傳感器，但隨著未來(lái)技術(shù)趨勢(shì)的發(fā)展和客戶需求的變化，這一數(shù)量可能會(huì)有所改變。安森美在傳感器的研發(fā)方面處于領(lǐng)先地位。我們的 Hyperlux 傳感器具備低功耗、小尺寸和適用于工業(yè)及消費(fèi)應(yīng)用的多功能性等特點(diǎn)。另外，安森美還推出了能夠檢測(cè)可見(jiàn)光譜以外光線的 SWIR 傳感器。這些創(chuàng)新成果體現(xiàn)了安森美致力于不斷創(chuàng)新以推動(dòng)圖像感知技術(shù)的發(fā)展。