以高性能圖像傳感器加速機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用落地

根據(jù) Expert Market Research 的報(bào)告，2023 年全球機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到了約 108.8 億美元。預(yù)計(jì) 2024 年至 2032 年期間，該市場(chǎng)將以 7.90% 的復(fù)合年增長(zhǎng)率 (CAGR) 增長(zhǎng)，到 2032 年將達(dá)到近 215.1 億美元的規(guī)模。工業(yè) 4.0 和工業(yè)物聯(lián)網(wǎng) (IIoT) 等先進(jìn)創(chuàng)新技術(shù)的采用和實(shí)施，是推動(dòng)機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)增長(zhǎng)的主要?jiǎng)恿χ弧?

為了能推進(jìn)實(shí)時(shí)決策、提高生產(chǎn)效率和自動(dòng)化水平，各行各業(yè)都越來(lái)越關(guān)注裝備計(jì)算機(jī)視覺(jué)設(shè)備、嵌入式軟件、先進(jìn)傳感器和機(jī)器人的智能工廠，從而提振了機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)。在工業(yè)領(lǐng)域，機(jī)器視覺(jué)用于電子元件分析、特征識(shí)別、物體和圖案識(shí)別及材料檢驗(yàn)，可以幫助不同過(guò)程實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化，通過(guò)圖像處理發(fā)現(xiàn)故障。由于機(jī)器視覺(jué)能夠減少人工操作并提高產(chǎn)品制造的精度，因此備受歡迎。

高性能圖像傳感器如何選?全面理解性能的多個(gè)維度

圖像傳感器的關(guān)鍵性能包括分辨率、靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍、幀率和噪聲水平。分辨率決定圖像的細(xì)節(jié)和清晰度，高分辨率傳感器適用于需要精細(xì)檢測(cè)的應(yīng)用，如醫(yī)療成像和質(zhì)量控制。靈敏度影響在低光環(huán)境下的表現(xiàn)，高靈敏度傳感器適合夜視和安防監(jiān)控。動(dòng)態(tài)范圍決定傳感器在高對(duì)比度場(chǎng)景中的表現(xiàn)，廣泛應(yīng)用于交通監(jiān)控和高動(dòng)態(tài)范圍成像。幀率影響實(shí)時(shí)性，高幀率傳感器適用于運(yùn)動(dòng)檢測(cè)和自動(dòng)駕駛。噪聲水平則影響圖像質(zhì)量，低噪聲傳感器在精密測(cè)量和科學(xué)研究中至關(guān)重要。綜合這些性能，圖像傳感器的選擇直接決定了應(yīng)用的效果和可靠性，可以從這些維度去評(píng)估圖像傳感器的性能：

分辨率：每幀或每幅圖像的信息量是水平像素?cái)?shù) x 與垂直像素?cái)?shù) y 的乘積。與消費(fèi)級(jí)相機(jī)不同，機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用不需要極高的分辨率。分辨率過(guò)高會(huì)造成需要更多的傳感器和更大的圖像處理器帶寬，進(jìn)而導(dǎo)致系統(tǒng)成本無(wú)謂地增加。用戶必須根據(jù)要掃描的相關(guān)物體和物體上提供的光量選擇分辨率。

光學(xué)格式：將鏡頭聚焦光線的投影與傳感器的像素陣列相匹配，以覆蓋傳感器(并充分利用分辨率)。

長(zhǎng)寬比：無(wú)論是 1:1、3:2 還是其他比例，最佳排列都應(yīng)與目標(biāo)視野的布局相對(duì)應(yīng)，以免分辨率超出應(yīng)用需求而造成浪費(fèi)。

幀率：如果目標(biāo)正在快速移動(dòng)，那么每秒需要拍攝足夠多的圖像來(lái)“凍結(jié)”運(yùn)動(dòng)，并與所要成像的物理空間保持一致。但與分辨率一樣，拍攝速度只需要能夠解決對(duì)應(yīng)的問(wèn)題就夠了。

動(dòng)態(tài)范圍 (DR)：最大阱容和讀取噪聲等因素決定了動(dòng)態(tài)范圍，即最大信號(hào)與最小信號(hào)之比。動(dòng)態(tài)范圍越大，傳感器就越能更好地捕捉應(yīng)用場(chǎng)景中從亮到暗的漸變細(xì)節(jié)。

卷簾快門(mén)與全局快門(mén)：當(dāng)前大多數(shù)傳感器都支持全局快門(mén)，即所有像素行同時(shí)曝光，從而消除運(yùn)動(dòng)引起的模糊。但是，實(shí)現(xiàn)全局快門(mén)所需的傳感器上電子器件會(huì)增加一定的成本，因此對(duì)于某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)，使用卷簾快門(mén)傳感器仍然是有意義的。

像素大?。何锢硐袼卦酱?，所能接納的光子就越多。一般來(lái)說(shuō)，傾向于使用大像素。但這樣一來(lái)，就需要耗費(fèi)更多的硅面積來(lái)支持所需的 x x y (x by y)陣列以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的分辨率，并且需要更大的光學(xué)系統(tǒng)，進(jìn)而導(dǎo)致物料單成本上升。另一方面，非常小的像素需要復(fù)雜的光路設(shè)計(jì)才能實(shí)現(xiàn)良好的光學(xué)分辨率。

光學(xué)傳感器可用于深度感知、環(huán)境中的定向和交互,是唯一能夠檢測(cè)顏色的傳感器方案。值得一提的是，采用全局快門(mén)的圖像傳感器同時(shí)存儲(chǔ)整個(gè)圖像中的像素?cái)?shù)據(jù)，而沒(méi)有運(yùn)動(dòng)偽影，因此非常適合用在四處移動(dòng)時(shí)。卷簾快門(mén)傳感器具有更高的動(dòng)態(tài)范圍，因此可以在較差的照明條件下更好地工作。全局快門(mén)在捕捉運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景方面具有優(yōu)勢(shì)，并且能為開(kāi)發(fā)者和制造商帶來(lái)其他好處。而最大限度地減少運(yùn)動(dòng)偽影是全局快門(mén)的一個(gè)主要優(yōu)勢(shì)。全局快門(mén)傳感器一次可以捕獲整個(gè)圖像，因此避免了卷簾快門(mén)圖像中可能出現(xiàn)的失真和偽影，尤其是在捕捉快速移動(dòng)的物體時(shí)。

基于安森美多個(gè)系列圖像傳感器實(shí)現(xiàn)機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用落地

對(duì)于機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用落地來(lái)說(shuō)，圖像傳感器的高分辨率、低噪聲、高幀率、大動(dòng)態(tài)范圍、低功耗以及高性?xún)r(jià)比等特性非常關(guān)鍵的。安森美通過(guò)其XGS、PYTHON、Hyperlux LP系列圖像傳感器，以高分辨率、低噪聲、高幀率、大動(dòng)態(tài)范圍、低功耗和高性?xún)r(jià)比等特性，滿足工業(yè)機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用對(duì)精準(zhǔn)、智能、高效的需求，加速機(jī)器視覺(jué)在工業(yè)自動(dòng)化、智能制造等領(lǐng)域的落地應(yīng)用。

由于采用了全像素架構(gòu)，安森美傳感器在所有光照條件下都能保留更多細(xì)節(jié)，即使在低光條件下也不例外。可擴(kuò)展的產(chǎn)品系列能夠減少系統(tǒng)開(kāi)發(fā)成本和時(shí)間。

PYTHON 系列 全局快門(mén)圖像傳感器是針對(duì)典型機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用(包括檢查、跟蹤、測(cè)量等)進(jìn)行優(yōu)化的產(chǎn)品線。該系列提供基于 4.5um 或 4.8um 像素的 8 種分辨率，從 VGA 開(kāi)始，最高 2500 萬(wàn)像素。幀率為 >800fps 至 80 fps 不等，具體取決于分辨率。所有 PYTHON 器件都有獨(dú)特的“二次方增速”特性，即幀率的增加取決于所讀取的感興趣區(qū)域的垂直和水平尺寸。PYTHON 有黑白、彩色和近紅外增強(qiáng)三種版本，同時(shí)針對(duì)選定的分辨率提供多種速度和質(zhì)量等級(jí)選項(xiàng)。

Hyperlux SG 系列 Hyperlux SG 是一款多功能攝像頭，可用于多種用途，包括 AR/VR、機(jī)器視覺(jué)、條形碼掃描和設(shè)備檢查。它有許多非常適合這些應(yīng)用的特性，包括：最大限度減少運(yùn)動(dòng)偽影的全局快門(mén)傳感器、可編程的感興趣區(qū)域 (ROI)、適應(yīng)動(dòng)態(tài)照明的自動(dòng)曝光和控制、用于精確主動(dòng)照明的觸發(fā)和頻閃控制，以及適用于電池供電設(shè)備的低功耗運(yùn)行。今年將會(huì)推出更多具有出色特性的傳感器。

XGS 系列 安森美的圖像傳感器系列(也稱(chēng)為 XGS)集高性能、緊湊像素和低功耗等特性于一體。它提供多種分辨率，從 230 萬(wàn)至 4500 萬(wàn)像素不等，適用于廣泛的應(yīng)用。傳感器還采用全局快門(mén)設(shè)計(jì)，這意味著所有像素同時(shí)捕獲光線，從而減少失真和卷簾快門(mén)效應(yīng)。此外，傳感器還有黑白和彩色兩種選擇。

機(jī)器視覺(jué)技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)展望

隨著工業(yè)自動(dòng)化和智能制造的不斷發(fā)展，機(jī)器視覺(jué)技術(shù)正迎來(lái)前所未有的增長(zhǎng)。安森美作為行業(yè)領(lǐng)先的圖像傳感器供應(yīng)商，憑借技術(shù)創(chuàng)新推動(dòng)著機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用的加速落地。未來(lái)，圖像傳感器分辨率的進(jìn)一步提升以滿足對(duì)更高圖像質(zhì)量和細(xì)節(jié)捕捉的需求。同時(shí)，低功耗和高動(dòng)態(tài)范圍(HDR)技術(shù)的進(jìn)步將使圖像傳感器在惡劣光照條件下也能提供卓越的圖像性能，這對(duì)于工業(yè)檢測(cè)、自動(dòng)化裝配線等應(yīng)用至關(guān)重要。此外，隨著人工智能(AI)技術(shù)的融合，圖像傳感器將更加智能化，能夠在邊緣進(jìn)行更復(fù)雜的圖像處理和分析，從而提高機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的整體效率和響應(yīng)速度。安森美正通過(guò)不斷的技術(shù)創(chuàng)新，引領(lǐng)機(jī)器視覺(jué)技術(shù)向更高效、智能、精準(zhǔn)的方向發(fā)展。