增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)(AR)與虛擬現(xiàn)實(shí)(VR)頭顯標(biāo)志著人機(jī)交互領(lǐng)域的重大飛躍，其打造的沉浸式體驗(yàn)遠(yuǎn)超傳統(tǒng)屏幕交互模式。AR 頭顯通過(guò)同步定位與地圖構(gòu)建(SLAM)、深度感知及計(jì)算機(jī)視覺(jué)等核心技術(shù)，將三維物體、標(biāo)注信息、空間數(shù)據(jù)等數(shù)字內(nèi)容疊加于用戶的現(xiàn)實(shí)視野中，實(shí)現(xiàn)虛擬元素與物理空間的精準(zhǔn)錨定。這一特性使其在工業(yè)維護(hù)、醫(yī)療可視化、位置服務(wù)等領(lǐng)域，能夠提供實(shí)時(shí)情境化增強(qiáng)功能，賦能專業(yè)場(chǎng)景高效運(yùn)作。

相比之下，VR 頭顯通過(guò)立體顯示、運(yùn)動(dòng)追蹤與空間音頻技術(shù)構(gòu)建全虛擬環(huán)境，使用戶與物理世界形成隔離，進(jìn)而模擬出置身虛擬空間的真實(shí)在場(chǎng)感。此類系統(tǒng)廣泛應(yīng)用于沉浸式培訓(xùn)模擬、建筑漫游、虛擬協(xié)作及娛樂(lè)等場(chǎng)景?，F(xiàn)代 VR 平臺(tái)通常集成六自由度(6DoF)追蹤、觸覺(jué)反饋與眼動(dòng)追蹤技術(shù)，大幅提升了虛擬體驗(yàn)的真實(shí)感與交互性。

AR 與 VR 頭顯均依賴硬件與軟件的協(xié)同支撐，核心組件包括高分辨率顯示屏、慣性測(cè)量單元(IMU)、深度傳感器及先進(jìn)渲染引擎。隨著云計(jì)算、邊緣計(jì)算與人工智能場(chǎng)景理解技術(shù)的深度融合，設(shè)備響應(yīng)速度與智能交互能力持續(xù)升級(jí)，為用戶帶來(lái)更流暢的沉浸式體驗(yàn)。

在生態(tài)體系日趨成熟的背景下，Unity、虛幻引擎(Unreal Engine)、WebXR 等跨平臺(tái)開發(fā)框架成為加速內(nèi)容創(chuàng)作與落地部署的關(guān)鍵支撐。伴隨光學(xué)技術(shù)、電池能效及無(wú)線連接技術(shù)的不斷突破，AR 與 VR 頭顯正逐步成為醫(yī)療健康、教育科研、智能制造、遠(yuǎn)程協(xié)作等多領(lǐng)域的基礎(chǔ)性工具，開啟跨行業(yè)數(shù)字化轉(zhuǎn)型新范式。

AR與VR頭戴設(shè)備系統(tǒng)框圖

下圖展示了由安森美(onsemi)推薦的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)與虛擬現(xiàn)實(shí)(AR/VR) 頭戴設(shè)備應(yīng)用方案。 大部分功能塊都可采用安森美的器件/方案， 詳見(jiàn)所附器件表。 該圖提供了典型的AR/VR頭戴設(shè)備系統(tǒng)示意性概述， 并集成了圖像傳感器、電源管理IC和連接模塊等關(guān)鍵技術(shù)， 以實(shí)現(xiàn)身臨其境且響應(yīng)迅速的用戶體驗(yàn)。

解決方案概述

安森美提供先進(jìn)的圖像傳感器技術(shù)， 旨在提升 AR/VR 頭戴設(shè)備的性能和真實(shí)感。 我們的 Hyperlux 圖像傳感器系列具備卓越的圖像質(zhì)量、 低延遲和高能效， 帶來(lái)身臨其境、 響應(yīng)迅速且視覺(jué)震撼的體驗(yàn)。從高分辨率視頻透視功能(Video see-through) 到精確的深度感知和眼動(dòng)追蹤， 安森美的解決方案為下一代 AR/VR 應(yīng)用樹立了行業(yè)標(biāo)桿。

用于視頻透視的 Hyperlux LP AR2020

AR2020 是一款 2000 萬(wàn)像素(5120 × 3840) 的背照式(BSI) 堆疊 CMOS 傳感器， 專為AR/VR中的視頻透視功能(Video See-Through， VST) 而優(yōu)化。 該傳感器采用 1/1.8 英寸光學(xué)格式、 1.4 μm 像素和 LI-HDR 高動(dòng)態(tài)范圍。

它具有增強(qiáng)的近紅外(NIR) 靈敏度(850/940 nm) 、 智能感興趣區(qū)域(Smart ROI) 以及運(yùn)動(dòng)喚醒(Wake-onMotion) 功能， 支持 MIPI CSI-2 接口， 并能以全分辨率實(shí)現(xiàn) 60 fps 的視頻流傳輸， 為 AR 頭戴設(shè)備確保清晰、 低延遲的視覺(jué)效果。

Hyperlux SG 系列用于眼動(dòng)追蹤和即時(shí)定位與地圖構(gòu)建(SLAM)

Hyperlux SG 系列采用全局快門傳感器， 如 AR0145(100 萬(wàn)像素) 和 AR0235(230 萬(wàn)像素) 用于眼動(dòng)追蹤和 SLAM(即時(shí)定位與地圖構(gòu)建) 。 它們具有2.8 μm 像素、 高快門效率和高達(dá) 120 fps的幀率， 可消除運(yùn)動(dòng)偽影并提供精確追蹤。 緊湊的設(shè)計(jì)、 低功耗和可編程的感興趣區(qū)域(ROI) 使其成為需要快速、 精準(zhǔn)視線追蹤和環(huán)境映射的AR/VR 頭戴設(shè)備的理想選擇。

Hyperlux ID 深度傳感器 (AF0130/AF0131)

AF0130 和 AF0131 是用于 AR/VR 導(dǎo)航的 120 萬(wàn)像素 iToF(間接飛行時(shí)間) 深度傳感器。 它們具備 3.5 μm 全局快門像素、 200 MHz 調(diào)制頻率以及在 940 nm 波長(zhǎng)下>40% 的量子效率(QE) ， 可實(shí)現(xiàn)高達(dá) 30 米的精確測(cè)距。

AF0130 內(nèi)置 60 fps 的深度處理功能， 而 AF0131 支持外部計(jì)算。 兩者均提供雙激光控制和眼部安全保護(hù)， 非常適合用于 SLAM、 手勢(shì)控制和碰撞規(guī)避。

Hyperlux LP - 圖像傳感器系列

近日， 安森美推出了 Hyperlux LP 系列圖像傳感器。該系列采用先進(jìn)的電子卷簾快門技術(shù)， 包含三款產(chǎn)品：500 萬(wàn)像素的 AR0544 、 830 萬(wàn)像素的 AR0830 和2000 萬(wàn)像素的 AR2020 。 Hyperlux LP 系列所有傳感器均具有相同的像素尺寸和光學(xué)性能。 該系列產(chǎn)品提供多種配置選項(xiàng)， 包括黑白(Mono) 、 RGB 和 RGBIR 版本， 同時(shí)提供封裝和裸芯兩種形式。 豐富的產(chǎn)品組合使視覺(jué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員能夠靈活選用不同方案， 從而優(yōu)化開發(fā)工作、 降低成本并加速產(chǎn)品上市周期。

表 1： Hyperlux 圖像傳感器規(guī)格

功耗

在預(yù)檢測(cè)(pre-detect) 狀態(tài)下， Hyperlux LP 圖像傳感器的功耗不到其原生模式(native mode) 下功耗的百分之一。 這顯著降低了功耗， 并延長(zhǎng)對(duì)功耗敏感的視覺(jué)系統(tǒng)的運(yùn)行周期。

表 2：全分辨率模式下圖像傳感器功耗比較

Hyperlux LP AR2020

安森美的 Hyperlux AR2020 圖像傳感器憑借一系列先進(jìn)特性， 成為滿足現(xiàn)代安防系統(tǒng)嚴(yán)苛需求的高端優(yōu)選。 這款先進(jìn)傳感器支持線性模式或增強(qiáng)動(dòng)態(tài)范圍(eDR) 模式成像， 并采用卷簾快門讀出技術(shù)。 此外， 它還內(nèi)置“運(yùn)動(dòng)喚醒”(Wake on Motion, WoM) 功能， 并支持智能感興趣區(qū)域(Smart ROI) ， 可顯著優(yōu)化圖像采集與處理效率。

功能與規(guī)格：

2000 萬(wàn)像素 CMOS 傳感器， 采用 1/1.8 英寸背照式(BSI) 堆疊 CMOS 技術(shù)， 1.4 μm 像素

在 850 nm 和 940 nm 波長(zhǎng)下增強(qiáng)的近紅外(NIR) 響應(yīng)

LI-HDR： 支持行交錯(cuò) T1/T2 讀出， 實(shí)現(xiàn)ISP芯片內(nèi)HDR處理(eDR)

MIPI 接口支持位深壓縮

支持多種觸發(fā)模式， 可用于多傳感器同步

支持電子卷簾快門(ERS) 和全局復(fù)位釋放(GRR) 模式

Hyperlux ID - 智能iToF全局快門深度傳感器 AF0130 & AF0131

間接飛行時(shí)間(iToF) 技術(shù)通過(guò)測(cè)量調(diào)制光脈沖的相位偏移來(lái)精確計(jì)算距離。 該方法可實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的3D成像與深度感知， 適用于各類工業(yè)場(chǎng)景。 這些傳感器既可獨(dú)立使用， 也可與其他深度感知技術(shù)協(xié)同工作以提升數(shù)據(jù)精度。 在機(jī)器人系統(tǒng)中， 可用于計(jì)算機(jī)械臂抓取和操作物體所需的深度信息。 另一應(yīng)用場(chǎng)景是創(chuàng)建環(huán)境地圖， 用于地面導(dǎo)航。

圖2：間接飛行時(shí)間原理圖

圖3：得益于獨(dú)特的間歇式激光調(diào)制，智能iToF技術(shù)顯著拓展了感知距離

它們具備多重優(yōu)勢(shì)：提供高精度深度測(cè)量能力， 這對(duì)需要精確三維測(cè)繪和物體檢測(cè)的任務(wù)至關(guān)重要;支持高幀率運(yùn)行， 確保在動(dòng)態(tài)環(huán)境中穩(wěn)定可靠地捕捉快速移動(dòng)物體;同時(shí)采用低功耗優(yōu)化設(shè)計(jì)， 適用于電池供電及多傳感器系統(tǒng)。

Hyperlux ID 深度 iToF 傳感器在低光照、 高動(dòng)態(tài)范圍等嚴(yán)苛環(huán)境下仍能保持穩(wěn)健性能， 確保在各類應(yīng)用場(chǎng)景中可靠運(yùn)行。

以上內(nèi)容摘自AR和VR頭戴設(shè)備系統(tǒng)方案指南，掃碼可獲取完整版。