图像传感器如何满足工业场景下多元的方案需求和严苛的环境挑战？

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）机器视觉技术在工业场景已经有了广泛的应用，包括检测、测量、判断和控制等关键的工业制造环节。引入机器视觉技术之后，工厂可以显著提高生产效率，减少生产线上的劳动力成本，降低生产成本。

不过，工厂在使用机器视觉技术时也会有一定的门槛。首先是工业制造的场景复杂，对方案的可靠性、稳定性、一致性有很高的要求；其次是软硬件结合需要一定的技术储备；然后是随着工业制造精度的提升，摄像系统成像清晰度的挑战与日俱增，等等。

如此多的挑战，要想从容应对该怎么办呢？Vision China 2023上，安森美(onsemi)智能感知事业群工业及消费部应用工程高级经理开丽军在接受电子发烧友网采访中透露，通过图像传感器、工具链和合作方案，能够帮助业者快速搭建高质量、智能化、稳定可靠的机器视觉方案。

用创新技术应对复杂光照条件

Vision China 2023，安森美带来了丰富的图像传感方案，包括4K 800万像素图像传感器平台，2000万像素高分辨率图像传感器，高性能、小尺寸图像传感器，以及基于AR0822图像传感器和Rockchip的RK3588处理器的高精度条码扫描方案等。这些方案从不同的维度展示了安森美图像传感器以及相关方案的出色性能。

比如基于一款新的4K 800万像素图像传感器平台，安森美展示了“运动唤醒”技术。该功能大幅降低了系统功耗和带宽要求，是便携式相机、可视门铃和机器人等对功耗和带宽要求比较高的应用的理想选择。而另一款4K 800万像素的AR0822，具有嵌入式高动态范围 (eHDR) 功能。

开丽军表示，“eHDR技术主要为了解决高动态范围场景下的复杂设计挑战，这种场景下可能会有闪光灯、阳光，或者有暗态和细节，那么摄像头系统就需要同时覆盖高亮和低亮的场景。常规的方法可能是通过多次曝光，然后传回来几帧数据让后台去做合成，此时LED的闪烁和运动拖尾问题就会很严重。”

“eHDR技术是在芯片内部将多次曝光的数据进行智能线性化并压缩后输出，那么就能够显著降低系统带宽。比如帧率为30 fps的三次曝光HDR 4K图像如果在独立于传感器的ISP中执行多次曝光合成，需要9000 Mbps左右的带宽，如果是同时使用这是一个很大的传输和处理挑战。eHDR技术能够将三次曝光的结果在芯片内部处理压缩，然后再传输，能够显著降低对系统带宽的需求，最直观的是用户能够从线材方面做到低成本。”开丽军讲到。

“并且，eHDR技术在传感器芯片内部做合成，能够保证合成时间是最短的，那么结合算法就可以克服降低LED的闪烁和运动拖尾问题，目前这一块的算法已经就绪。”开丽军进一步说。

工业场景的机器视觉方案需要面对非常多的环境光干扰问题，包括开丽军提到的相机系统的多个光源LED闪烁，粉尘或者环境湿度有时候也会影响光照，然后外界光照会影响照射在被测物体上的光线角度，增加图像数据输出的噪声，影响图像处理算法的准确度。

针对这一突出的问题，开丽军介绍称，“安森美的图像传感器无论是全局快门技术的，还是卷帘曝光技术的，都会做相应的优化。我们的图像传感器支持多种触发模式，同时还支持图像传感器触发闪光灯和图像传感器触发机械快门等方式，可以根据输入情况灵活配置。”

除了基于4K 800万像素图像传感器平台的demo，其他demo方案也都展示了一些特色性能。比如，基于XGS 45000打造的屏检demo，主要展示了这款图像传感器的高分辨率和宽动态范围高帧率；最新的2000万像素图像传感器能够在LI-HDR模式下以每秒30帧的速度生成全分辨率图像；全局快门产品展示了自己在低光和明亮高速场景下的成像能力，等等。

基于XGS 45000打造的屏检demo

上述内容主要谈论了安森美图像传感器在高性能和高可靠性方面的能力，对于工业场景，还有一个一致性的问题，这个问题在大型的智能制造工厂会被格外重视。

开丽军回应称，“安森美作为一家头部的图像传感器供应商，在产品开发之初就会重视产品一致性的问题，从产品开始设计到量产会经过多轮的性能评估。时间跨度相较于竞争对手会更长。在这段时间内，我们会针对产品做各种各样的可靠性试验，会做像素和系统层面的验证，以此来保证批次产品在光学指标方面的一致性。”

“这是安森美作为老牌图像传感器厂商的做事风格，有着严谨的产品认证流程，保障图像传感器产品在市场上的长期供应。”他在此强调。

用前沿理解帮助客户实现领先

机器视觉是一个高速发展的领域，根据GGII的预测数据，至2027年我国机器视觉市场规模将达到565.65亿元，其中2D视觉市场规模将达到407.15亿元，3D视觉市场规模将达到158.5亿元。目前，这项技术在工业场景的整体渗透率还处于低位，未来有着巨大的发展空间。

要抢占机器视觉市场的大蛋糕，方案的性能优势是必要条件。作为系统的核心元件，图像传感器能发挥怎样的价值呢？

谈到视觉在嵌入式AI系统的应用，开丽军表示，“嵌入式系统的开发，图像传感器首先需要考虑接口的问题，图像传感器提供的接口一定要和目前主流处理器芯片的接口兼容。第二点，图像传感器需要具备多帧率、多ROI的特性，这样在运行AI算法的时候，能够将一张高清图像通过Scale压缩到更低的像素，能够在模型建立时节省更多的资源。”

“目前，安森美新推出的2000万像素高分辨率图像传感器具备的ROI和无极Scale功能，市面上还没有竞品。”他在回答中讲到。

基于2000万像素高分辨率图像传感器的demo演示

开丽军指出，安森美图像传感器也能够在功耗层面帮助用户。“以新的2000万像素高分辨率图像传感器为例，其低功耗特性主要靠两方面来实现：第一，安森美在像素设计方面就有低功耗的专利技术；第二，我们的工艺也是业界领先的，这方面也能够带来显著的低功耗优势。”

除了特色性能和功耗优势，开丽军也谈到了安森美开发平台支持方面的优势，安森美的每一款图像传感器产品都拥有强大的开发支撑。“针对用户方案加速开发，我们的产品比如XGS系列都是家族化设计，不同像素产品的PCB是相同的。也就是说，用户只需要做一块PCB就能够完成在安森美同系列产品间的迭代。通过芯片和评估板兼容，以及针对重点领域的参考设计，帮助客户快速完成方案部署。”他最后说。