智能感知技術(shù)在汽車、機器視覺和邊緣人工智能等領(lǐng)域的應(yīng)用越來越多。汽車是非常傳統(tǒng)的行業(yè)，最近幾年，電力化和智能化的發(fā)展為這個行業(yè)帶來了新的動力，各種感知產(chǎn)品的應(yīng)用使汽車變得更安全、更舒適。

機器視覺同樣是一個歷史很悠久的行業(yè)，其應(yīng)用廣泛且多樣化，涵蓋了包括電子制造、平板檢測、機器人、物流等在內(nèi)的多個細分市場。

目前，中國已成為全球機器視覺市場增長最快的國家。邊緣人工智能是新興市場，主要是由人工智能、5G、IoT等新技術(shù)推動，發(fā)展非常迅速。

圖1：感知技術(shù)應(yīng)用于汽車、機器視覺和邊緣人工智能等領(lǐng)域。

安森美半導體近日舉辦了“智能感知策略及方案”在線媒體交流會，智能感知部全球市場及應(yīng)用工程副總裁易繼輝分析了重點應(yīng)用市場的需求和趨勢，介紹了安森美半導體最新的智能感知發(fā)展策略，以及全方位智能感知技術(shù)和方案。

圖2：安森美半導體智能感知部全球市場及應(yīng)用工程副總裁易繼輝。

CMOS圖像傳感器的發(fā)明者

安森美半導體在成像傳感器行業(yè)有超過40年的歷史，在傳感技術(shù)方面經(jīng)歷了多次并購，如Cypress的CMOS 圖像傳感技術(shù)、TRUESENSE的CCD圖像傳感技術(shù)，以及Aptina的高容量CMOS 和汽車圖像傳感器。

TRUESENSE的前身是柯達影像，柯達影像的核心技術(shù)來源于貝爾實驗室CCD影像。Aptina的前身是美國航天宇航局JPL噴氣式推動器實驗室。1993年，JPL為了阿波羅登月開發(fā)出全球首款CMOS圖像傳感器。27年過去了，CMOS圖像傳感器已得到廣泛應(yīng)用。

從三年前開始，安森美半導體又陸續(xù)收購了IBM在以色列的毫米波雷達研發(fā)中心，以及專注于飛行時間(ToF)激光雷達傳感器開發(fā)的愛爾蘭SensL公司，以滿足汽車自動駕駛、機器人、醫(yī)療成像等對LiDAR及傳感器融合的需求。

圖3：安森美半導體是CMOS圖像傳感器的發(fā)明者。

隨著第四代工業(yè)革命的到來，人工智能對人類社會產(chǎn)生了巨大的影響。斯坦福大學人工智能專家、被人尊稱為“人工智能之父”的Andrew Ng認為人工智能是新的電力，如同第二次工業(yè)革命電力一樣，給整個人類帶來了深入的改變；數(shù)據(jù)是人工智能的動力和發(fā)動機；感知是數(shù)據(jù)的燃料。

“安森美半導體的全系列智能感知方案包括圖像感知、多光譜、高光譜的感知，以及激光雷達感知、毫米波雷達感知和傳感器融合等，這一切推動了AI和第四次工業(yè)革命的進步，”易繼輝說：“如果把人工智能比作大腦，那么我們就為大腦提供了眼睛?！?/p>

圖4：安森美半導體的全系列智能感知方案。

汽車感知爆發(fā)式成長

未來的汽車是一個架在四個輪子上、具有極強感知能力的計算機。ADAS攝像頭、倒車攝像頭、電子車鏡、駕駛員監(jiān)控、乘務(wù)員監(jiān)控、毫米波雷達和激光雷達，現(xiàn)在最好的汽車感知系統(tǒng)已經(jīng)遠遠超過了人類的感知能力。

“汽車成像是給人眼看的，如駕駛員、乘客、后視、環(huán)視、電子后視鏡，安森美半導體在全球占>60%的市場份額；汽車感知是供人工智能和機器視覺用的，安森美半導體占全球>80%的市場份額，而且在逐年擴大?！?/p>

易繼輝介紹說，在人眼視覺中，圖像是為人眼所見并欣賞的，因此通常需要做到清晰、細致、色彩豐富且美觀；而在機器視覺中，圖像需提供足夠的信息，例如邊緣、形狀、大小等，供算法讀取并理解。

汽車成像主要面臨三大挑戰(zhàn)：

一是寬動態(tài)，例如從灰暗的地庫開到正對太陽強光的戶外，夜晚在對向遠光大燈照射下感知樹蔭下的行人，這些都需要圖像傳感器具有高動態(tài)范圍。

二是環(huán)境條件，汽車應(yīng)該能在東北零下幾十度的環(huán)境下行駛，也能在沙漠或者南方的高溫條件下駕駛。

三是對圖像傳感器來說十分獨特的挑戰(zhàn)：辨別LED指示牌和交通燈。圖像傳感器有時會因為頻率不同步而捕捉不到信號，這對于駕駛員人眼來說并不是問題，但對機器視覺卻是很大的挑戰(zhàn)。

圖5：汽車成像面臨三大挑戰(zhàn)。

隨著車聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，未來的自動駕駛汽車不僅是“可靠的汽車”，更是“可信的汽車”，具有功能安全性和網(wǎng)絡(luò)安全性。“Hayabusa是整個市場具有最高寬動態(tài)效果和第一款具有網(wǎng)絡(luò)安全功能的產(chǎn)品，最近已經(jīng)上市?！币桌^輝說。

易繼輝提到智能駕駛艙也越來越受重視，例如駕駛員識別、車椅位置調(diào)節(jié)、空調(diào)溫度、乘客監(jiān)控等。

圖6：智能駕駛艙可進行駕駛員識別、車椅位置調(diào)節(jié)、空調(diào)溫度和乘客監(jiān)控等。

在談到自動駕駛時，易繼輝形象地介紹了L0~L5的概念。他說，L1叫做脫腳（feet off），腳可以自由；L2是脫手（hands off），手可以放開駕駛方向盤；L3是eyes off，駕駛員的眼睛可以不看了；第四級是mind off，腦子不用想了；第五級叫做limit off，即沒有任何局限、可以在任何場景下自動駕駛了。

圖7：中國汽車駕駛自動化分級的智能感知配置。

“從L1到L5，傳感器的數(shù)量和種類不斷增加。最大的差別在L3和L4，L4必須要激光雷達，對L3，激光雷達是可選的?！币桌^輝認為，“L3仍然需要駕駛員控制汽車，L4則完全不需要考慮駕駛員。L3就像加減法，L4是微積分：加減法永遠算不出極限值，只有微積分才能算出極限值，所以只有在L4的情況下才能涵蓋所有極限情況?！?/p>

圖8：安森美半導體汽車感知+視覺的總體方案。

毫米波雷達在L1~ L5的不同自動駕駛級別上有不同的應(yīng)用。安森美半導體開發(fā)了一種叫做“MIMO+”的專利技術(shù)，能夠提供4D信息：距離(R)、速度(V)、角度(A)、高度(E)，用于L3級的自動駕駛。

圖9：毫米波雷達技術(shù)在自動駕駛中的應(yīng)用。

工業(yè)機器視覺和邊緣人工智能應(yīng)用

工業(yè)4.0、工業(yè)自動化、人工智能使機器視覺市場快速發(fā)展。邊緣人工智能不斷應(yīng)用于一些新的領(lǐng)域，如新零售、智慧農(nóng)業(yè)、畜牧業(yè)和農(nóng)業(yè)。

“在新冠后疫情時期出現(xiàn)了一些趨勢：一是遠程化，遠程教學、遠程醫(yī)療越來越普遍；二是無人化，包括無人送貨車、無人商店等，減少了人和人之間的接觸，即無接觸化?！币桌^輝說。

圖10：工業(yè)機器視覺及邊緣人工智能市場增長。

易繼輝介紹，平板檢測是整個工業(yè)機器視覺行業(yè)中對圖像傳感器最具挑戰(zhàn)性的應(yīng)用。從1K、2K、4K到8K，像素在逐漸擴大。

檢測過程分兩步：第一步是暗檢測，上電前主要檢測一些指紋、劃痕和其他物理問題；第二步是上電以后，特別是檢測OLED和最新的AMOLED（Active Matrix OLED）。

LED有一個亮板在后面作為發(fā)光源，而OLED和AMOLED的每個像素都是一個單獨發(fā)光源。像素和像素之間發(fā)光的強度和色彩的均勻度需要很準確地偵測出來，因而對圖像傳感器的要求很高。

過去檢測LED面板上的1顆像素，對應(yīng)需要9顆像素(3×3)，檢測OLED則需要16顆(4×4)甚至25顆(5×5)像素，因此對圖像傳感器的像素要求越來越高，從4,500萬到1.5億像素，甚至超過2億像素。

圖11：平板檢測對圖像傳感器要求很高。

從下圖可以看出，圖像傳感器的分辨率逐年提升，從過去的200萬、500萬、800萬、1200萬像素，到現(xiàn)在超過2000萬像素。對于同樣尺寸的圖像傳感器，噪聲導數(shù)逐年隨著像素的增大而不斷提高。帶寬也在逐年增加。

易繼輝舉例說，一個29 × 29mm2 的標準工業(yè)用攝像頭，十年前可能只是200萬像素，后來逐漸增加到300萬、500萬、1200萬像素，今年已經(jīng)達到了1600萬像素，這是由技術(shù)推動的。這些技術(shù)包括：

全局快門，在高速運動下圖像不會有拖影；

像素內(nèi)圖像校正，以前是在系統(tǒng)里通過軟件校正，現(xiàn)在直接在硬件里，即像素內(nèi)部做圖像校正；

工藝節(jié)點，從110納米到65納米，再到45納米甚至更小，成本、尺寸、耗電量逐年下降；

背照式，可提高感光能力；

堆棧架構(gòu)，將模擬和數(shù)字信號放在第二層，人工智能的一些算法放在第三層，實現(xiàn)高智能化的圖像傳感器。

圖12：1.3英寸固定尺寸圖像傳感器的發(fā)展。

“我們用NVIDIAXavierEdgeGPU做人工智能訓練，精度可達97%，其中AR1335（1300萬）圖像傳感器可提供了高質(zhì)量的圖像，提高了人工智能的判斷精度?！币桌^輝表示，“我們的目標是在工業(yè)機器視覺中利用人工智能。”

圖13：采用AR1335圖像傳感器的水果新鮮度分類系統(tǒng)。

無接觸系統(tǒng)的成長潛力也非常大。安森美半導體的AR0230 HDR具有200萬像素及寬動態(tài)范圍，能提供很好的圖像質(zhì)量，進而提高人工智能的判斷精度，應(yīng)用于無接觸付款以及飛機場、火車站、高鐵站等無接觸的通過閘口。

圖14：人臉識別付款應(yīng)用（AR0230 HDR）。

結(jié)語

從第一次工業(yè)革命機械化到第二次工業(yè)革命電力化，到第三次工業(yè)革命計算機數(shù)字化，再到現(xiàn)在的第四代工業(yè)革命人工智能化、信息化，人工智能對人類社會的影響和改變遠遠超過計算機數(shù)字工業(yè)革命。

如果把人工智能比作大腦，感知就相當于眼睛。安森美半導體提供了全面的感知技術(shù)，如圖像感知，多光譜、高光譜的感知，激光雷達感知、毫米波雷達感知和傳感器融合等，所有這些技術(shù)都推動著人工智能和第四次工業(yè)革命的進步。

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