图像传感器如何“带货”机器人赛道？

机器人行业正呈现出诸多渐趋普及的发展态势。其中，最为人熟知的是自动送货机器人、酒店服务机器人和餐厅服务员机器人。一旦消费级机器人的价格降低，家用机器人的应用场景将得到进一步拓展，诸如家庭服务机器人和个人助理等。在机器人进入家庭并与人类互动之前，机器人制造商必须构建妥善的系统，确保机器人能够精准、高效且安全的运行。

这份白皮书将探讨视觉系统对于机器人的重要意义。第一篇介绍了机器人分类与行业趋势，第二篇将主要介绍安森美(onsemi)的图像传感器产品组合。

安森美的图像传感器产品组合

多年来，安森美设计并推出了适用于包括机器人领域等多种应用场景的图像传感器‌。

安森美的卷帘快门图像传感器

HyperluxTM LP

Hyperlux LP 产品系列专为低功耗应用而设计。为了进一步优化芯片架构，这些传感器还具备运动唤醒 (WOM)和智能感兴趣区域 (SmartROI)等实用功能，在各类工业和消费应用中发挥着重要作用。这些功能使得 Hyperlux LP 传感器能够在带宽和功耗之间进行合理权衡，采用这些传感器的视觉系统能够在极低功耗模式下运行。该系列采用 1.4μm 堆叠式 BSI 技术，拥有 2000 万分辨率、800 万分辨率和 500 万分辨率三种版本，且都支持 RGB 与黑白模式。‌

目前，这三款产品均已实现量产‌。SmartROI 功能使 AMR 能够同时感知两个感兴趣区域，其目标应用包括视频会议、机器人、机器视觉、AR/VR 以及 AMR 等场景‌。

Hyperlux LH

Hyperlux LH 系列专为工业及消费应用环境中的高性能应用而设计。由于具备高动态范围 (HDR) 特性，在混合光照条件下，其 HDR 可达 120dB，因此在低光照环境下表现出色。该系列还采用了 2.0 μm 堆叠式 BSI 像素，具有低噪声和高灵敏度‌特性。此外，Hyperlux LH 可应用于汽车行车记录仪、安防摄像头和机器人领域。

目前，该系列已量产的产品有 800 万分辨率和 200 万分辨率两款传感器。其中，采用 2.0 μm 堆叠式 BSI 技术的 800 万分辨率版本支持 RGB 和黑白模式，而 200 万分辨率版本仅支持 RGB 模式‌。这两款产品均支持运动唤醒 (WOM) 功能，可进一步降低功耗。传感器能够在需要时开启，不需要时关闭。嵌入式 eHDR 技术有效解决了线缆与 SoC 带宽限制所带来的瓶颈问题‌。

Hyperlux

Hyperlux 系列在高动态范围性能方面表现卓越，支持高达 150 dB 的动态范围且无 LED 闪烁现象。其目标应用包括汽车行车记录仪、自动引导车辆 (AGV)、机器人配送、自动驾驶汽车及 AMR 等。

安森美的全局快门图像传感器

Python

Python 系列采用独特的像素架构，能够实现感兴趣区域处理速度的二次方级提升，性能远超竞品‌。该系列提供了出色的图像质量、高速 10 位低功耗架构及占位兼容方案‌。

其先进的 4.5/4.8 μm 全局快门 CMOS 设计确保了高性能、低噪声以及约 60 dB 的动态范围，而 GS FSI 方案则支持高速图像读出‌。Python 系列覆盖 11 种分辨率，从 VGA 至 2500 万分辨率不等，主要用于机器人相关机器视觉应用场景。

XGS

XGS 系列是 Python 系列的迭代产品‌，采用 3.2 微米像素，提供从 200 万分辨率到 4500 万分辨率的 11 种分辨率选项，应用范围广泛。该系列具有方形与矩形两种纵横比，能够最大限度地利用视场角(FOV)。该系列提供多种分辨率和速度等级，是一种经济高效的成像方案。

其主要优势包括全引脚兼容性、较短的产品上市时间，以及两种占位‌形式，支持从 200 万分辨率到 4500 万分辨率的所有分辨率。与竞品相比，XGS 系列的所有产品功耗降低了多达 2 倍，这使得热管理更加容易，对传感器性能(暗电流、读出噪声等)的影响更小，同时也降低了配套电子元件的成本‌。

Hyperlux SG

Hyperlux SG 系列以其紧凑的外形尺寸、业界领先的全局快门效率及 120 帧/秒的高速成像能力脱颖而出。与前代产品相比，其全局快门效率 (GSE) 提高了 2 倍，非常适合捕捉移动物体。该系列专为工业应用设计，具备可编程/可切换的感兴趣区域、嵌入式自动曝光控制以及用于精确主动照明的触发/频闪光源控制等功能，同时保持了低功耗特性。

Hyperlux SG 系列提供 VGA、100 万分辨率及 230 万分辨率选项‌，适用于扫描设备、机器人、AMR、AR/VR 以及生物识别等应用场景。目前，该系列的所有版本均已量产‌。

深度感知

在深度感知方面，智能 iToF 传感器集成了深度建图功能‌，无需昂贵的外部深度计算处理器，能够进行无延迟的实时计算。iToF 传感器采用全局快门，所捕获的图像无运动伪影‌。安森美的 120 万分辨率 iToF 传感器在分辨率方面处于业界领先水平。此外，它能够以极高的精度覆盖 30 至 50 厘米的短距离及 10 至 20 米的长距离范围。

SWIR

2024 年 7 月，安森美收购‌了 SWIR Vision Systems 公司，该公司拥有基于胶体量子点 (CQD) 技术的 CMOS 短波红外SWIR 传感器专利。与基于 InGaAs 的传统 SWIR(波长范围 900 nm 至 1700 nm)相比，安森美 SWIR 传感器覆盖的光谱范围更宽(400 nm 至 2100 nm)。此外，安森美的 SWIR 系列传感器属于 EAR99 类别，与受 ITAR 管制的 InGaAs SWIR 传感器相比，出口更为便捷。目前，已推出的 SWIR 产品有 BGA 封装、100 万分辨率及 200 万分辨率的摄像头，更多产品正在研发中。

案例研究与应用

安森美为机器人和 AMR 领域提供了丰富多样的图像传感器产品组合。采用全局快门的 SLAM 技术与 iToF 相结合，使 AMR 能够在仓库和工厂等复杂环境中实现精确导航，即使环境中存在移动物体，也能确保准确的地图构建。iToF 提供精确的深度感知，用于检测距离和障碍物。

在避障方面，Hyperlux 系列的卷帘快门与高动态范围技术能在动态环境下提供高精度的感知能力，使 AMR 能够在低照度条件下工作并避开障碍物。安森美的图像传感器具有全局快门、高速与低功耗特性，非常适合用于库存仓库和装配线上进行读码，有助于提高操作的准确性与效率‌。

安森美始终处于新型传感器研发的前沿

图像传感器对机器人与 AMR 至关重要，它们使机器人能够在动态环境中导航并实时适应环境变化。三维建图、立体成像、iToF 及高动态范围技术协同作用‌，提升了深度检测、避障和条形码读取的准确性。实现高精度图像感知系统需要在 AMR 中安装各种传感器，这些传感器需根据具体的应用场景与用户需求‌进行定制。

目前，AMR 可能需要配置 3 至 4 个传感器，但随着未来技术趋势的发展和客户需求的变化，这一数量可能会有所改变。安森美在传感器的研发方面处于领先地位。我们的 Hyperlux 传感器具备低功耗、小尺寸和适用于工业及消费应用的多功能性等特点。另外，安森美还推出了能够检测可见光谱以外光线的 SWIR 传感器。这些创新成果体现了安森美致力于不断创新以推动图像感知技术的发展。