工業(yè)機(jī)器視覺(jué)、機(jī)器人、人工智能技術(shù)的發(fā)展正配合著政府的智能制造計(jì)劃向前推進(jìn)，圖像傳感器是其中的關(guān)鍵技術(shù)，其在工業(yè)中的應(yīng)用很廣，包括智能交通、高端安防監(jiān)控、電影拍攝、醫(yī)療影像、生物識(shí)別、天文相機(jī)，以及常見(jiàn)的機(jī)器視覺(jué)在工業(yè)自動(dòng)化生產(chǎn)的應(yīng)用，不同的應(yīng)用對(duì)圖像的分辨率、清晰度、噪聲、以及相機(jī)的幀率、系統(tǒng)成本等都有不同的要求，同時(shí)工業(yè)中人工智能應(yīng)用的發(fā)展給圖像傳感器帶來(lái)了更高的挑戰(zhàn)，包括推動(dòng)了全局快門(mén)性能、高速拍攝、大分辨率、使用不可見(jiàn)光譜區(qū)域和三維體積深度提供的信息進(jìn)行關(guān)鍵推斷，以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理的發(fā)展。安森美半導(dǎo)體是工業(yè)機(jī)器視覺(jué)的領(lǐng)袖之一，具備全方位的產(chǎn)品陣容并不斷開(kāi)發(fā)出領(lǐng)先的技術(shù)，解決上述挑戰(zhàn)并推動(dòng)創(chuàng)新。

高效的工業(yè)生產(chǎn)需要機(jī)器視覺(jué)給出快速又精準(zhǔn)的決策

在生產(chǎn)線上用于測(cè)量的相機(jī)要能快速判斷液位、尺寸，用來(lái)定位的相機(jī)系統(tǒng)要能快速準(zhǔn)確的給出正確的物品位置，及時(shí)通知機(jī)械手臂在哪里尋找抓取物品，用作計(jì)件檢驗(yàn)的相機(jī)系統(tǒng)要能夠快速計(jì)算出數(shù)量，是否溢出，用作解碼識(shí)別的相機(jī)系統(tǒng)要能夠快速準(zhǔn)確識(shí)別二維碼，字符信息等。相機(jī)系統(tǒng)做出快速精準(zhǔn)決策的關(guān)鍵就是圖像能夠清晰準(zhǔn)確的提供這些信息，不同的檢測(cè)應(yīng)用對(duì)圖像的分辨率、清晰度、噪聲、以及相機(jī)的幀率、系統(tǒng)成本等都有不同的要求。

隨著工業(yè)自動(dòng)化的發(fā)展，檢測(cè)種類(lèi)的多樣性，驅(qū)使圖像傳感器不斷的更新?lián)Q代，工藝一直在突破提升。這個(gè)發(fā)展從安森美半導(dǎo)體的幾代CMOS產(chǎn)品系列中可見(jiàn)一斑：

在2005年推出的LUPA系列

開(kāi)始有了高速輸出接口

接下來(lái)2010年推出的VITA系列

在全局快門(mén)性能上有了很大了提升，支持卷簾快門(mén)和全局快門(mén)兩種模式，

在2014年推出的PYTHON系列

增加了像素內(nèi)圖像矯正，有效的優(yōu)化了全局快門(mén)傳感器的噪聲性能，

2019年剛推出的XGS系列

使用了減少節(jié)點(diǎn)的像素工藝對(duì)噪聲和圖像一致性更是有了飛躍般的提升，今后安森美半導(dǎo)體將會(huì)在工業(yè)級(jí)圖像傳感器使用背照式和堆棧式工藝來(lái)推動(dòng)圖像傳感器的進(jìn)一步發(fā)展。

隨著工藝的提升，圖像傳感器的像元越來(lái)越小，但它卻可以達(dá)到大尺寸像元的圖像效果，這就使傳感器的分辨率可以越做越大，帶寬也越來(lái)越高，也推動(dòng)了整體相機(jī)系統(tǒng)的提升和發(fā)展，來(lái)滿足工業(yè)生產(chǎn)快速精確的推斷和決策。

人工智能是新工具

快速精確的決策需求推動(dòng)整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)高級(jí)數(shù)據(jù)收集和推斷，提供了真正進(jìn)入工業(yè)4.0的機(jī)會(huì)，人工智能(AI)正是需要的新工具，用來(lái)管理工業(yè)系統(tǒng)成像不斷增長(zhǎng)的數(shù)據(jù)集。

AI可以通過(guò)自適應(yīng)制造、自動(dòng)質(zhì)量控制、預(yù)測(cè)性維護(hù)等方案有效地應(yīng)對(duì)當(dāng)今制造業(yè)面臨的挑戰(zhàn)，如工廠中的PCB板檢測(cè)、鈑金缺陷檢測(cè)、食品衛(wèi)生檢測(cè)、零部件均勻度檢測(cè)、平板檢測(cè)的應(yīng)用中，工廠操作員的疲勞會(huì)影響對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量的一致性評(píng)估，但是機(jī)器視覺(jué)相機(jī)和深度學(xué)習(xí)解決了這個(gè)問(wèn)題。如今，AI已用于60%以上的計(jì)算機(jī)視覺(jué)應(yīng)用中，而AI在制造應(yīng)用中的增長(zhǎng)已超過(guò)50%年復(fù)合增長(zhǎng)率。

工業(yè)中AI應(yīng)用的發(fā)展給圖像傳感器帶來(lái)了更高的挑戰(zhàn)，包括推動(dòng)了全局快門(mén)性能、高速拍攝、高分辨率、使用不可見(jiàn)光譜區(qū)域和三維體積深度提供的信息進(jìn)行關(guān)鍵推斷，以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)處理的發(fā)展。

全局快門(mén)：實(shí)現(xiàn)高速視覺(jué)成像的關(guān)鍵

傳統(tǒng)的卷簾快門(mén)圖像傳感器可為靜態(tài)或慢速移動(dòng)的物體成像提供出色的靈敏度。但全局快門(mén)在檢測(cè)快速移動(dòng)物體的工業(yè)應(yīng)用中至關(guān)重要。

如高速裝配線的機(jī)器視覺(jué)檢測(cè)之類(lèi)的任務(wù)需要準(zhǔn)確的判斷，全局快門(mén)圖像傳感器通過(guò)完全同時(shí)同步曝光捕獲所有像素，來(lái)消除使用卷簾快門(mén)傳感器逐行曝光帶來(lái)的空間失真變形的效果，正確還原了運(yùn)動(dòng)物體的真實(shí)樣子，接下來(lái)才能進(jìn)行強(qiáng)大的AI分類(lèi)計(jì)算。

如安森美半導(dǎo)體的全局快門(mén)圖像傳感器XGS 2000，以220 fps的速度捕獲高質(zhì)量、精確和快速移動(dòng)的200萬(wàn)像素全局快門(mén)圖像場(chǎng)景，可以為物流和工業(yè)掃描儀等不同場(chǎng)景下應(yīng)用提供清晰、低噪聲的圖像。

圖1：卷簾快門(mén)vs. 全局快門(mén)

高速也是快速移動(dòng)物體檢測(cè)的工業(yè)應(yīng)用另一個(gè)至關(guān)重要點(diǎn)。高速裝配線的機(jī)器視覺(jué)檢查需要快速的幀率和較短的積分時(shí)間，可以使用短曝光和快速讀出消除圖像模糊的效果。工廠的視覺(jué)檢測(cè)基本都是對(duì)應(yīng)高速移動(dòng)的物體，特別是工廠高速運(yùn)轉(zhuǎn)的生產(chǎn)線上，傳送帶的速度特別快，那么在最短的時(shí)間內(nèi)成像讀出數(shù)據(jù)，減少或消除拍攝圖像中的運(yùn)動(dòng)模糊，才能利用AI算法實(shí)現(xiàn)正確的智能判斷和快速?zèng)Q策。