物聯網(IoT)將涉及大量的邊緣設備，需要由FOG節點將處理後的數據進行聚合，進而發送到雲/數據中心，然後從雲/數據中心再發送最終的指令經由FOG到邊緣設備。未來邊緣設備的激增及添加人工智能(AI)進行分析處理的特徵，要求儘可能降低功耗和更智能。邊緣設備包括智能家居，其中有大量的新興應用如安防、家電、助手和手勢識別等涉及視覺IoT，直觀/易用的成像子系統至關重要。
圖像傳感器領袖安森美半導體在視覺IoT領域具有獨特的優勢，包括廣博的圖像傳感器陣容、領先行業並不斷改進的成像技術、豐富的應用專知和現場應用工程團隊支援等，滿足不同的成像應用需求，推進更智能、更低功耗、新興的視覺IoT應用的關鍵進展。
<strong>成像和機器視覺要求
視覺IoT涵蓋人看到的成像和通過算法處理的機器視覺。例如，安防攝像機呈現出人類看到的成像，視覺助手屬於機器視覺，可視門鈴則在用戶在家時直接提供成像，在用戶外出時進行視頻錄製和比對，由於比對是通過算法進行處理，所以這時就屬於機器視覺了。
對於傳統的成像，特定需求是高的圖像保真度。而對於機器視覺，性噪比和採樣是重要的因素，要求能準確地捕獲移動物體。
同時，成像和機器視覺對圖像傳感器也有一些共同要求：如在不同的光照條件下，有強的環境光和微光同時存在時，需要好的像素性能實現出色的用戶體驗；通常要求視場寬， 有時需進行魚眼校正；具性價比。
<strong>安防是未來視覺IoT最大的一個應用領域
對於IP攝像機、外部攝像頭、可視門鈴等安防應用，圖像品質、高動態範圍(HDR)、微光性能和近紅外(NIR)是關鍵的性能因素。差異化因素包括低功耗和在日光/星光下的成像。
<strong>AR0237用於入門級安防應用
安森美半導體的AR0237是適合這類應用的最具性價比的一款圖像傳感器，具有210萬像素，分辨率1928 x 1088，能實現1080p/60 fps輸出，提供出色的微光性能和HDR，支持高動態範圍的長短交錯曝光，在捕獲到長曝光和短曝光的兩個圖像後，通過圖像信號處理器(ISP)合成後，選擇兩個圖像中最佳的曝光像素並最終合成為1張令您滿意的圖像。
AR0237有RGB和RGB-IR兩種版本，其中RGB-IR版本增強的NIR靈敏度增強夜視能力，使得攝像頭無需特別的濾色片進行日/夜的切換，同時使用紅外差譜技術以避免顏色的失真。
<strong>超星光級AR0221：領先的微光靈敏度和信噪比
200萬像素的AR0221採用4.2 um背照式(BSI)像素技術，提供出色的3重曝光行交錯式HDR，分辨率1936 x 1096，支持1080p/30 fps的幀速率，信噪比最高達41.2 dB，其16:9的比例，具有鮮豔的色彩和高對比度。其它特性包括：陣列框選、自動黑電平校準和板載溫度傳感器、工業級工作溫度範圍、以4通道MIPI CSI-2和HiSPi SLVS的形式提供雙數據接口，採用耐用、可靠且強固的iBGA封裝。
圖1很好地詮釋了AR0221為何可稱為超星光級的產品：兩張圖片都攝於無月光、無星光的夜晚，光照都小於0.01 lux，場景相同且都用相同的鏡頭，採用AR0221拍攝的圖像明顯比AR0237拍攝的圖像更清晰，且AR0221僅使用了26倍增益，而AR0237使用了67倍增益。
圖1：AR0221與 AR0237成像對比
<strong>AR0430：具備同步深度映射功能、低功耗
AR0430曾獲2018 CES嵌入式技術類創新獎，分辨率2316 x 1746，線性滿井電荷容量超過15Ke-，從而提供HDR，採用Super Depth 技術實現同步視頻和深度映射，能夠提供距攝像機一米以內任何物體的30 fps視頻流和深度圖像，實現以手勢分析來控制智能IoT設備以及建立增強實境(AR)/虛擬實境(VR)中簡單3D模型等功能。
AR0430的低能耗性能使其僅需125 mW就能提供400萬像素、30 fps輸出；在低功耗監測模式下，功耗降至8 mW。這在電池供電應用中尤為重要。
在標準成像模式下，無論是日間還是夜間的光線條件，AR0430都能呈現高品質的圖像。該器件的內置功能使用戶能夠從單一圖像傳感器同時獲取彩色圖像和深度圖像，省下原本需要另外一個單獨提供深度映射功能的傳感器，從而降低成本。主要應用場景如1080p 120fps慢動作視頻、1080p變焦、錄像和HDR成像。
<strong>AR0431：集成近紅外+(NIR+)能力、低功耗
AR0431是在AR0430的基礎上增加了增強的NIR+靈敏度技術。如圖2所示，創新的工藝使850 nm和940 nm光的靈敏度加倍，而不影響可見光靈敏度，從而幫助安防和物聯網攝像機設計人員創建高靈敏度的夜間模式。增強的NIR+使AR0431即使在最暗的光照條件下也能實現更好的成像。與AR0430相比，AR0431用更少的NIR LED，可節省成本和功耗，或以較低的速度運行LED而省電。若與AR0430用相同的LED，可獲得更好的細節，捕獲更多的光。
圖2：增強的NIR+提高靈敏度
AR0431基於2.0 um BSI像素，提供多種低功耗模式，幀速率最高120fps，非常適用於要求慢動作視頻拍攝的應用。其低功耗優勢，令其成為電池供電型安防攝像頭、運動相機、車內行車記錄儀(DVR<strong> )和通用型監控攝像頭的理想選擇。
<strong>家電成像應用：AR0330實現高速圖像捕獲
在家電領域，常見的成像應用如冰箱、咖啡機和掃地機器人等，關鍵性能因素包括支持運動的能力和HDR。由於小型化的需求，需要儘可能採用緊湊的方案，以實現差異化的競爭優勢。如安森美半導體的小尺寸全高清AR0330，光學格式僅1/3英寸，有助於實現緊湊的設計，分辨率2304 x 1296，具有卓越的色彩準確度，微光靈敏度和低噪聲水平，可實現高速圖像捕獲，幷包括可調配置(增益、幀速率和曝光)，同時保持低功耗。
此外，上文提到的用於安防領域的AR0237和AR0430同樣適用於家電成像應用。
<strong>"助手"是視覺IoT中非常有前景的一類應用
如視覺助手、語音音響、服務/護理機器人等都屬於"助手"類應用，快速對焦、HDR是這類應用的關鍵性能因素，深度能力/智能是實現差異化的關鍵。
<strong>AR1335：通過PDAF快速對焦
AR1335採用相位檢測對焦(PDAF)技術，在用於視覺助手類應用時能快速幫助把報紙、雜誌、說明書上的圖片聚焦然後轉換為語音使用戶聽到。AR1335支持4K、30 fps輸出，基於1.1 um BSI像素，在1300萬像素、30 fps模式下的功耗為270 mW，其它特性包括：高靈敏度實現極佳的微光性能、高滿井電荷容量(LFW)實現HDR、3D同步控制支持立體視頻捕獲等。除了視覺助手，AR1335還可用於4K錄像、身體攝像機、無人機、運動攝像機等應用。
<strong>機器人應用
圖像傳感器用於如娛樂、掃地機器人、陪伴型機器人等應用的關鍵性能因素是視覺定位，即對移動物體的成像，以及HDR。
<strong>全局快門AR0144解決拖影問題
眾所周知，採用捲簾快門對移動的物體曝光，圖像會產生拖影。全局快門可解決拖影問題。安森美半導體在全局快門傳感器市場處於領先的市場地位。
AR0144是安森美半導體的一款可謂是明星級的全局快門圖像傳感器，已大量用於掃描、無人機、AR/VR、機器視覺、360度攝像頭、深度攝像機等市場，採用3.0 um像素，提供領先的全局快門能效，在輸出100萬像素、60 fps時的功耗低於250 mW，能在靜態和動態場景應用中捕捉準確和快速的影像，尺寸極緊湊。
如圖3所示，採用捲簾快門的AR0141所捕獲到的轉動的風扇內的名片圖像已明顯變形，而採用全局快門的AR0144所捕獲的圖像沒有任何偽影。
圖3：AR0141對比AR0144
與同樣採用全局快門的競爭對手相比，AR0144的全局快門能效(GSE)比競爭對手好5倍，滿井電荷容量(LFW)好2倍。
圖4：AR0144提供同類最佳的LFW和GSE
在無人機等動態應用中，AR0144的低功耗特性能夠延長充電時間間隔，其成像性能能更好地映射環境，避免嚴重碰撞。在3D攝像機和AR/VR設計中，AR0144可提供一種具性價比及小尺寸的方案，用於捕獲雙重圖像進行3D成圖或深度感知。
此外，安森美半導體還提供AR0134和AR0135兩款全局快門傳感器，採用iBGA封裝，用於對可靠性要求更嚴格的應用。三款全局快門傳感器的關鍵規格如下表所示。
表1：安森美半導體的全局快門傳感器
<strong>結語
物聯網邊緣設備未來會趨於更智能和儘可能降低功耗。其涵蓋的智能家居市場中大量的新興應用將產生對成像子系統的需求，設計挑戰包括不受控制的光照環境和要求儘可能最低的功耗。通過把傳感器與系統單芯片(SoC)、鏡頭、模塊和算法結合在一起形成強大的生態系統以易於開發將至關重要。安森美半導體的優勢不僅在於擁有領先的圖像傳感器技術解決光照條件、功耗等多方面的挑戰，提供差異化方案和推進未來的趨勢，並具備廣博的陣容滿足不同的需求，還提供開發套件並結合行業夥伴的方案，幫助簡化設計和降低成本。
閱讀更多 時代洞察 的文章
