【導讀】隨著人工智能技術的普及，係統對環境深度信息的精度
、速度和可靠性提出了更高要求。傳統圖像傳感器易產生光暈
、tuoyingheyundongmohudengweiying
，erjiguangleidasuinengshixianyuanjuliceju
，quezaifenbianlvhequanshichangfugaishangcunzaijuxian。yinci，weijutiyingyongtiaoxuanheshideshenduganzhijishu，chengweigongchengshimianlindehexintiaozhan。benwenjiangtantaoansenmei（onsemi）推出的Hyperlux ID間接飛行時間（iToF）深度傳感器如何通過創新技術，在中短距離應用場景中實現高精度
、高可靠性的深度感知
，助力機器“看清”世界。

對機器視覺而言，要實現這種感知級別的識別能力，絕非易事。

當(dang)機(ji)器(qi)執(zhi)行(xing)物(wu)體(ti)操(cao)作(zuo)或(huo)規(gui)劃(hua)前(qian)方(fang)路(lu)徑(jing)時(shi)，其(qi)處(chu)理(li)器(qi)需(xu)要(yao)在(zai)極(ji)短(duan)時(shi)間(jian)內(nei)獲(huo)取(qu)盡(jin)可(ke)能(neng)多(duo)的(de)深(shen)度(du)數(shu)據(ju)點(dian)。傳(chuan)統(tong)圖(tu)像(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)會(hui)產(chan)生(sheng)大(da)量(liang)數(shu)字(zi)偽(wei)影(ying)，包(bao)括(kuo)光(guang)暈(yun)、拖影、過(guo)飽(bao)和(he)以(yi)及(ji)運(yun)動(dong)模(mo)糊(hu)。這(zhe)些(xie)偽(wei)影(ying)並(bing)非(fei)真(zhen)實(shi)的(de)環(huan)境(jing)信(xin)息(xi)，如(ru)果(guo)缺(que)乏(fa)深(shen)度(du)感(gan)知(zhi)功(gong)能(neng)及(ji)深(shen)度(du)數(shu)據(ju)的(de)有(you)效(xiao)解(jie)析(xi)手(shou)段(duan)，機(ji)器(qi)的(de)處(chu)理(li)器(qi)將(jiang)無(wu)法(fa)做(zuo)出(chu)準(zhun)確(que)推(tui)斷(duan)。我(wo)們(men)固(gu)然(ran)可(ke)以(yi)寄(ji)希(xi)望(wang)於(yu)人(ren)工(gong)智(zhi)能(neng)或(huo)機(ji)器(qi)學(xue)習(xi)算(suan)法(fa)，助(zhu)力(li)機(ji)器(qi)區(qu)分(fen)真(zhen)實(shi)場(chang)景(jing)與(yu)虛(xu)假(jia)幹(gan)擾(rao)。但(dan)這(zhe)裏(li)真(zhen)正(zheng)需(xu)要(yao)的(de)是(shi)一(yi)款(kuan)性(xing)能(neng)強(qiang)大(da)且(qie)穩(wen)定(ding)可(ke)靠(kao)的(de)深(shen)度(du)傳(chuan)感(gan)器(qi)，從(cong)而(er)讓(rang)機(ji)器(qi)無(wu)需(xu)再(zai)從(cong)不(bu)可(ke)靠(kao)的(de)視(shi)覺(jiao)證(zheng)據(ju)中(zhong)去(qu)推(tui)測(ce)真(zhen)實(shi)場(chang)景(jing)。

本ben白bai皮pi書shu旨zhi在zai探tan討tao如ru何he為wei具ju體ti應ying用yong挑tiao選xuan合he適shi的de深shen度du傳chuan感gan器qi。作zuo為wei全quan球qiu領ling先xian的de半ban導dao體ti器qi件jian製zhi造zao商shang之zhi一yi，安an森sen美mei生sheng產chan各ge類lei傳chuan感gan器qi設she備bei
，包bao括kuo基ji於yuCMOS的圖像傳感器

、超聲波傳感器、短波紅外（SWIR）傳感器以及激光雷達。

正如本白皮書[PDF]中所闡述
，激光雷達之所以能實現遠距離深度感知，是因為它采用了直接飛行時間（dToF）技術。當應用場景中最關鍵的數據需求是實時測距時，dToF技ji術shu能neng為wei激ji光guang雷lei達da提ti供gong優you於yu其qi他ta深shen度du感gan知zhi方fang法fa的de采cai集ji速su率lv，並bing具ju備bei檢jian測ce激ji光guang回hui波bo路lu徑jing中zhong多duo個ge物wu體ti的de能neng力li。通tong過guo采cai用yong二er維wei單dan光guang子zi雪xue崩beng二er極ji管guan（SPAD）和矽光電倍增管陣列（SiPM）技術
，安森美激光雷達組件能夠探測最遠300米範圍內的單光子信號。

ranerjiguangleidazaifenbianlvfangmiancunzaijuxian。weishixianquanshichangfugai
，jiguangleidaxuduiqianfangchangjingjinxingsaomiao，jiuxiangyonghuabizaizhenggehuabushangzhubutuhuiyiyang。zhezhongfangshinanyishibieyuanfangwutidetezheng
，youqizaiwutibianyuanlunkuobugouqingxishi

，zheyiwentigengweituchu。

開發未來機器視覺應用的工程師需要充分了解各類技術的差異，從而為自身的研發工作選擇合適的成像設備。

dangjiqishijiaoxitongjiancedaoqiganzhifanweineicunzaiwutishi，tabujinxuyaopanduanwutidejuli

，haixutuiduanwutidexingzhuangyujiegou。zheyaoqiuxitongtongguogenggaomidudeshujudiancaiji，huoquqianfangchangjingdegengduoshuju，yishixiangenggaodefenbianlvhebaozhendu。liru：

工業安防係統聚焦大門或特定入口
，探測約10米半徑內的移動物體或活動跡象。

視頻會議係統拍攝畫麵內的人物
，當人物起身在室內走動時
，係統會自動調整構圖與對焦。

倉庫和物流中心的庫存管理係統持續核驗貨物庫存數量及其存儲位置。

工廠檢測係統對零部件不間斷檢測，排查潛在瑕疵和缺陷。

物流係統對貨物和包裹進行常態化尺寸測量，以優化運輸方案並提升運輸安全性。

車輛裝載係統持續不斷地將庫存貨架上的貨物轉移到運輸車輛上。

此類應用場景均需要高分辨率深度傳感器來識別前方的物體，並輔助軟件推斷抓取
、banyunhuocaozuowutidezuiyoufangan。tongguowutidewaixinghuojiegoupanduanqishuxing，libukaishenduganzhijishudezhichi。zhexiangrenwudenandianzaiyu，tuxiangrengshierweipingmianxinxi。danjiezhuyixiejishushouduan，kecongerweishujuzhongtuidaosanweikongjianxinxi。ansenmeizuixintuichudeHyperlux ID iToF深度傳感器，便集成了這類前沿技術。

安森美技術延伸閱讀

適用於汽車
、物流等領域的遠距離測距激光雷達組件。

麵向自動駕駛車輛的先進立體3D傳感技術。

用於自動駕駛及駕駛輔助車輛的超聲波傳感器，可輔助車輛規避障礙物（含泊車場景）。

適用於各種工業應用的Hyperlux CMOS圖像傳感器，具備高動態範圍和優異的低光性能。

深度感知的技術難題

julishuyuyiweikongjiangainian。jiguangshudetexingqiahaotixianleyiweikongjianganzhifangshidequanbuyoushiyujuxian。duiyuyijiguangshuzuoweiganzhijizhideshebeieryan，yaoquedingchuanganqiqianfangdehuanjinggoucheng，jiubixutongguoduocisaomiaobingzhenghesaomiaosuodedeshujulaishixian。jinguanjishufazhanzhengbuduanjiakuaizheyisaomiaoguocheng，dancileishebeirengrancunzaiwulixianzhi。

實(shi)現(xian)深(shen)度(du)感(gan)知(zhi)至(zhi)少(shao)需(xu)要(yao)一(yi)張(zhang)二(er)維(wei)圖(tu)像(xiang)，而(er)若(ruo)能(neng)獲(huo)得(de)兩(liang)張(zhang)及(ji)以(yi)上(shang)二(er)維(wei)圖(tu)像(xiang)，則(ze)可(ke)推(tui)斷(duan)出(chu)三(san)維(wei)信(xin)息(xi)。具(ju)備(bei)深(shen)度(du)感(gan)知(zhi)功(gong)能(neng)的(de)圖(tu)像(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)
，其(qi)有(you)效(xiao)感(gan)知(zhi)範(fan)圍(wei)受(shou)限(xian)於(yu)傳(chuan)感(gan)器(qi)自(zi)身(shen)的(de)分(fen)辨(bian)率(lv)。而(er)激(ji)光(guang)束(shu)則(ze)不(bu)存(cun)在(zai)這(zhe)一(yi)局(ju)限(xian)。我(wo)們(men)可(ke)以(yi)為(wei)近(jin)地(di)軌(gui)道(dao)（LEO）衛星搭載激光雷達設備，從上千公裏高空對地表地形與海平麵進行精準測繪。

正zheng是shi這zhe一yi本ben質zhi區qu別bie

，界jie定ding了le激ji光guang雷lei達da與yu圖tu像xiang傳chuan感gan器qi在zai工gong業ye應ying用yong中zhong的de不bu同tong適shi用yong領ling域yu。如ru今jin
，日ri常chang生sheng活huo中zhong越yue來lai越yue多duo的de自zi動dong化hua設she備bei，開kai始shi采cai用yong基ji於yuCMOS的圖像傳感器來實現深度感知功能。在過去，基於CMOS的de傳chuan感gan器qi並bing不bu適shi用yong於yu消xiao費fei級ji數shu碼ma相xiang機ji，尤you其qi是shi專zhuan業ye攝she影ying領ling域yu。這zhe類lei傳chuan感gan器qi對dui光guang學xue噪zao聲sheng和he電dian磁ci幹gan擾rao十shi分fen敏min感gan，而er早zao期qi數shu碼ma相xiang機ji所suo采cai用yong的de電dian荷he耦ou合he器qi件jian（CCD），則能很好地解決這兩大問題。

智能手機時代的到來徹底改變了這一局麵。業界借助NASA噴氣推進實驗室為航天項目研發的相關技術，優化了CMOS傳感器的能效表現與實際應用價值。如今，安森美基於CMOS的Hyperlux ID AF0130和AF0131傳感器
，相比CCD圖像傳感器與激光雷達組件，展現出多方麵優勢，具體如下：

能效更高，適用於需要低直流電壓或電池供電的應用場景。

更易集成到機器設計與組件封裝中。

熱特性大幅優化，無需主動散熱係統。相較之下，激光雷達的光電探測器對溫度尤為敏感
，尤其在35℃或以上環境中。

深度感知精度極高
，依托120萬像素（MP）分辨率和背照式（BSI）技術
，結合傳感器內置的圖像處理能力，可顯著提升感知精度。

圖像曝光速度更快
，通過優化傳感器的圖像信號處理、存儲及讀取方式，實現更快的曝光效率。

可編程性更強，支持通過情景感知功能對圖像傳感器進行微調
，使其更好地適配具體應用需求。

激光雷達和直接飛行時間

如(ru)您(nin)所(suo)知(zhi)，激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)是(shi)將(jiang)雷(lei)達(da)原(yuan)理(li)應(ying)用(yong)於(yu)光(guang)波(bo)領(ling)域(yu)的(de)技(ji)術(shu)。它(ta)通(tong)過(guo)分(fen)析(xi)物(wu)體(ti)反(fan)射(she)的(de)光(guang)波(bo)波(bo)形(xing)
，測(ce)量(liang)激(ji)光(guang)發(fa)射(she)點(dian)與(yu)被(bei)測(ce)物(wu)體(ti)之(zhi)間(jian)的(de)深(shen)度(du)和(he)距(ju)離(li)。在(zai)地(di)質(zhi)勘(kan)探(tan)和(he)衛(wei)星(xing)遙(yao)感(gan)應(ying)用(yong)中(zhong)
，激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)通(tong)常(chang)依(yi)靠(kao)GPS來實現精確定位。該技術的工作原理與聲呐頗為相似：聲呐通過捕捉反射的聲波來測算發射器與物體的距離
，而激光雷達則將激光脈衝與雷達原理相結合來完成測距。

在各類激光雷達組件中
，固態SiPM的功耗最低，同時還具備極強的抗電磁幹擾與抗光學噪聲能力。即便是在60米外
、反射率僅約10%的未授權移動物體，也能被它輕易識別；這一特性可為安防係統預留充足的響應時間，及時封鎖入口並發出警報。

上圖展示了太陽輻射在地球大氣層內（深色）與大氣層外（淺色）被探測到的光子相對數量。觀察圖表可以發現
，隨著波長增加
，在近紅外（NIR）波段的905nm與940nm處，以及短波紅外（SWIR）波段的1550nmchu，guangzishuliangjunchuxianleduanyashixiajiang。taiyangguangzhongzhexieboduandeguangzizhanbijidi，yincifeichangshiheyongyujiguangleida。ansenmeidaduoshukehudeyingyongchangjingjunjizhongzai905-940nm波段，該波段同時也是激光雷達高性價比組件的主要覆蓋區間。

當(dang)應(ying)用(yong)場(chang)景(jing)僅(jin)需(xu)通(tong)過(guo)光(guang)波(bo)判(pan)斷(duan)遠(yuan)處(chu)是(shi)否(fou)存(cun)在(zai)物(wu)體(ti)時(shi)，單(dan)點(dian)深(shen)度(du)感(gan)知(zhi)方(fang)案(an)具(ju)有(you)顯(xian)著(zhu)實(shi)用(yong)性(xing)與(yu)高(gao)效(xiao)性(xing)。氣(qi)象(xiang)學(xue)家(jia)或(huo)地(di)質(zhi)學(xue)家(jia)可(ke)能(neng)會(hui)關(guan)注(zhu)激(ji)光(guang)雷(lei)達(da)反(fan)射(she)波(bo)的(de)光(guang)譜(pu)分(fen)析(xi)能(neng)力(li)，而(er)在(zai)日(ri)常(chang)工(gong)業(ye)應(ying)用(yong)中(zhong)，當(dang)係(xi)統(tong)僅(jin)需(xu)判(pan)斷(duan)前(qian)方(fang)有(you)無(wu)物(wu)體(ti)這(zhe)種(zhong)二(er)元(yuan)狀(zhuang)態(tai)時(shi)，SiPM無疑是光傳感器件的出色選擇。

安森美技術延伸閱讀

•激光雷達在工業測距領域的應用

•SiPM dToF激光雷達平台入門指南[PDF]

•視頻：第三代SiPM激光雷達演示係統室內測試

•視頻：高分辨率短波紅外（SWIR）成像技術

Hyperlux ID與間接飛行時間技術

基於CMOS的圖像傳感器在深度感知範圍上存在局限
，其無歧義測距範圍在常規條件下受限於單次光調製周期。該上限閾值Dmax的計算公式如下：

其中，常數c代表光速，fm代表調製光頻率。例如，如果傳感器采用60MHz的單頻調製方案，其無歧義測距範圍上限僅為2.5米。

Hyperlux ID專為工廠車間和包裝流水線等場景設計。在這類場景中

，機器人係統需要精準測量機械臂與食品等易損物料表麵之間的距離。

在上述應用環境中，采用間接飛行時間技術進行深度測量，會更簡便
、更具實用性。與激光雷達類似，iToF技術同樣會比較反射光與發射光，但區別在於
，iToF通過推導計算來獲取距離信息。Hyperlux ID以940nm紅(hong)外(wai)激(ji)光(guang)二(er)極(ji)管(guan)作(zuo)為(wei)光(guang)源(yuan)

，借(jie)助(zhu)全(quan)局(ju)快(kuai)門(men)技(ji)術(shu)
，一(yi)次(ci)性(xing)完(wan)成(cheng)所(suo)有(you)入(ru)射(she)光(guang)的(de)采(cai)集(ji)。相(xiang)較(jiao)之(zhi)下(xia)，卷(juan)簾(lian)快(kuai)門(men)的(de)工(gong)作(zuo)方(fang)式(shi)是(shi)自(zi)上(shang)而(er)下(xia)逐(zhu)行(xing)曝(pu)光(guang)傳(chuan)感(gan)器(qi)
，類(lei)似(si)於(yu)傳(chuan)統(tong)的(de)機(ji)械(xie)焦(jiao)平(ping)麵(mian)快(kuai)門(men)。這(zhe)種(zhong)快(kuai)門(men)模(mo)式(shi)雖(sui)能(neng)滿(man)足(zu)消(xiao)費(fei)級(ji)數(shu)碼(ma)相(xiang)機(ji)的(de)使(shi)用(yong)需(xu)求(qiu)，但(dan)即(ji)便(bian)是(shi)iToF技術
，也無法完全彌補卷簾快門的性能缺陷。

Hyperlux ID的全局快門技術支持同時完成八次曝光（兩種頻率各對應四個相位）
，並將所有曝光數據整合存儲為單幀圖像。這樣可以幾乎完全消除運動引起的相位誤差。

當(dang)激(ji)光(guang)等(deng)恒(heng)定(ding)調(tiao)製(zhi)光(guang)源(yuan)發(fa)出(chu)的(de)光(guang)線(xian)經(jing)物(wu)體(ti)反(fan)射(she)後(hou)
，反(fan)射(she)光(guang)與(yu)發(fa)射(she)光(guang)之(zhi)間(jian)會(hui)產(chan)生(sheng)微(wei)小(xiao)的(de)相(xiang)位(wei)差(cha)。傳(chuan)感(gan)器(qi)通(tong)過(guo)相(xiang)位(wei)差(cha)的(de)大(da)小(xiao)來(lai)判(pan)斷(duan)物(wu)體(ti)的(de)距(ju)離(li)，但(dan)具(ju)體(ti)距(ju)離(li)數(shu)值(zhi)需(xu)要(yao)通(tong)過(guo)數(shu)學(xue)運(yun)算(suan)推(tui)導(dao)得(de)出(chu)。具(ju)體(ti)而(er)言(yan)
，通(tong)過(guo)評(ping)估(gu)反(fan)射(she)光(guang)在(zai)0°、90°、180°和270°四個象限邊緣處的波幅
，計算出接收光波與調製光波之間的相位差。該相位差∆Φ可通過以下雙參數反正切公式計算得出：

在相位差∆Φ、激光調製頻率fm和光速c均為已知值的情況下，計算每個采樣點的距離d就會變得十分簡單，如下所示：

以(yi)上(shang)便(bian)是(shi)間(jian)接(jie)飛(fei)行(xing)時(shi)間(jian)技(ji)術(shu)從(cong)包(bao)含(han)相(xiang)位(wei)偏(pian)移(yi)的(de)圖(tu)像(xiang)數(shu)據(ju)中(zhong)推(tui)導(dao)距(ju)離(li)數(shu)據(ju)的(de)方(fang)法(fa)。該(gai)技(ji)術(shu)之(zhi)所(suo)以(yi)適(shi)用(yong)於(yu)深(shen)度(du)感(gan)知(zhi)應(ying)用(yong)，是(shi)因(yin)為(wei)其(qi)通(tong)過(guo)全(quan)局(ju)快(kuai)門(men)實(shi)現(xian)了(le)相(xiang)位(wei)數(shu)據(ju)的(de)並(bing)行(xing)采(cai)集(ji)，而(er)不(bu)是(shi)通(tong)過(guo)移(yi)動(dong)激(ji)光(guang)器(qi)進(jin)行(xing)串(chuan)行(xing)掃(sao)描(miao)。不(bu)過(guo)，使(shi)用(yong)單(dan)個(ge)調(tiao)製(zhi)器(qi)時(shi)，iToF技術僅適用於極短距離的測量。安森美通過一項名為智能iToF的創新專利技術
，在一定程度上克服了這些限製。

安森美技術延伸閱讀

•高速全局快門圖像傳感器如何降低AI視覺係統的運行負荷

•借助技術進步攻克間接飛行時間技術目前麵臨的挑戰

•視頻：為不同應用挑選合適的圖像傳感器

Hyperlux ID結合智能iToF技術如何攻克實際應用挑戰

Hyperlux ID是一款基於iToF技術實現深度信息感知的圖像傳感器，因此屬於深度傳感器。與垂直腔麵發射激光器（VCSEL）等主動照明係統相結合，Hyperlux ID能夠同時計算VCSEL激(ji)光(guang)與(yu)自(zi)身(shen)發(fa)射(she)光(guang)的(de)反(fan)射(she)光(guang)的(de)相(xiang)位(wei)偏(pian)移(yi)
，並(bing)在(zai)該(gai)過(guo)程(cheng)中(zhong)對(dui)兩(liang)種(zhong)光(guang)源(yuan)的(de)光(guang)強(qiang)進(jin)行(xing)調(tiao)製(zhi)處(chu)理(li)。通(tong)過(guo)在(zai)單(dan)次(ci)曝(pu)光(guang)時(shi)間(jian)內(nei)切(qie)換(huan)兩(liang)種(zhong)不(bu)同(tong)的(de)頻(pin)率(lv)，傳(chuan)感(gan)器(qi)的(de)無(wu)歧(qi)義(yi)測(ce)距(ju)上(shang)限(xian)Dmax得以提升，其計算方式采用了更小的分母參數——具體而言，就是這兩種頻率的最大公約數（GCD）：

在安森美評估套件的測試中，AF0130表現優異：在熒光燈照明的淺色中性色調走廊環境下，可清晰識別30米處反射率為70%的目標物體；在霧霾天氣的陰影環境中，即便光照強度高達20,000勒克斯
，仍能清晰識別20米處的同規格目標物體。在上方偽彩色深度圖中，圖像的色彩與反射物體的大致距離相對應。

更精準的深度計算方案

AF0130內置嵌入式深度處理ASIC，可在片上處理所有深度感知運算。對於傾向於使用自研深度處理算法的客戶，安森美提供了AF0131。其實時處理功能可讓深度數據即時投入應用，滿足機器人定位與運動控製、避障、安防預警和人體手勢識別等功能的需求。

為提高深度計算精度，智能iToF技術通過四幀獨立采集的圖像（每幀對應波形的一個90度相位），估算每個像素的反射率。借助這些反射率數據，AF0130能夠將四幀圖像的數據整合為一幀，生成深度圖。

對於深度圖中的每個給定點
，像素響應均與該給定點處物體的反射率相關，反射率Rpix可通過以下公式計算：

其中，ρ代表像素反射率，D代表圖像傳感器與該像素之間的距離
，而A代表該點受到的環境光強度。物體的反射率反映了物體產生的光信號強度。可視化軟件能夠以顏色來表示相對深度——較近的物體位於光譜中偏向紅色的區域，較遠的物體則位於光譜另一端的藍紫色區域。

強光環境下的高精度深度感知

環境光過強會導致像素接收的深度信號飽和甚至完全失效，這是iToF深度傳感技術的一大痛點。當傳感器前方的場景處於強光照射下時（例如工業裝配車間環境），所有圖像傳感器
，尤其是采用iToF技術的CMOS圖像傳感器，其判斷深度與距離的難度都將顯著增加。

要(yao)削(xue)弱(ruo)環(huan)境(jing)光(guang)的(de)影(ying)響(xiang)，需(xu)采(cai)用(yong)環(huan)境(jing)光(guang)抑(yi)製(zhi)的(de)圖(tu)像(xiang)處(chu)理(li)技(ji)術(shu)。該(gai)技(ji)術(shu)巧(qiao)妙(miao)運(yun)用(yong)光(guang)學(xue)原(yuan)理(li)與(yu)波(bo)長(chang)調(tiao)製(zhi)方(fang)法(fa)，將(jiang)光(guang)學(xue)信(xin)號(hao)視(shi)為(wei)聲(sheng)學(xue)信(xin)號(hao)進(jin)行(xing)處(chu)理(li)，從(cong)而(er)克(ke)服(fu)物(wu)體(ti)表(biao)麵(mian)光(guang)信(xin)號(hao)過(guo)飽(bao)和(he)的(de)問(wen)題(ti)。環(huan)境(jing)光(guang)過(guo)強(qiang)會(hui)給(gei)距(ju)離(li)與(yu)反(fan)射(she)率(lv)的(de)測(ce)量(liang)帶(dai)來(lai)諸(zhu)多(duo)挑(tiao)戰(zhan)
，而(er)Hyperlux ID則通過兩種方式克服了這些挑戰：一是在符合人眼安全標準的前提下優化照明功率；二是調節積分時間，即在設定的測量周期內，靈活調整傳感器的光積分量。

消除運動偽影

采用iToF技術的CMOS圖(tu)像(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)，麵(mian)臨(lin)的(de)另(ling)一(yi)大(da)挑(tiao)戰(zhan)是(shi)消(xiao)除(chu)運(yun)動(dong)偽(wei)影(ying)。運(yun)動(dong)偽(wei)影(ying)指(zhi)傳(chuan)感(gan)器(qi)在(zai)試(shi)圖(tu)捕(bu)捉(zhuo)運(yun)動(dong)物(wu)體(ti)時(shi)

，圖(tu)像(xiang)中(zhong)出(chu)現(xian)的(de)失(shi)真(zhen)或(huo)不(bu)真(zhen)實(shi)的(de)元(yuan)素(su)。在(zai)普(pu)通(tong)CCDshumaxiangjizhong，gaosuyundongdewutizaihuamianzhonghuichengxianweimohuyingxiang。youyujiaopianxiangjiyehuichanshengleisidemohuxiaoguo
，zhezhongxianxiangchangbeishiweisheyingdeguyoutexing
，shenzhibeiyongzuoyishubiaoxianshoufa。

對於高速光電探測器而言，這類本應表現為模糊的影像（例如旋轉的螺旋槳葉片，或傳送帶另一側高速運轉的機械臂），可能呈現為懸浮在空中的怪異虛影。這些虛影並非真實物體，因此需要圖像處理單元將其識別並忽略。

AF0130的偽影補償始於其全局快門技術，該技術可讓傳感器的所有像素同時曝光。

為了測試這種智能iToF技術的有效性，安森美開展了一項測試：使用一個裝有三塊不同厚度木塊的旋轉輪盤（木塊顏色越深則厚度越大）進行成像。在競品傳感器拍攝的畫麵中
，輪盤上始終呈現出六塊木塊的影像——這是傳感器受環境光等因素影響，與光線發生異常作用而產生的光學錯覺。相比之下，AF0130拍攝的視頻雖也存在輕微的光學錯覺，但其每一幀畫麵中僅顯示三塊木塊，隻是木塊會出現位置小幅偏移和交替閃爍換位的現象。AF0130拍攝的每一幀畫麵都更加貼近真實場景
，基於這些畫麵生成的深度圖，精度也遠高於競品。

成(cheng)像(xiang)係(xi)統(tong)的(de)典(dian)型(xing)幀(zhen)曝(pu)光(guang)處(chu)理(li)流(liu)程(cheng)是(shi)，先(xian)將(jiang)曝(pu)光(guang)數(shu)據(ju)寫(xie)入(ru)存(cun)儲(chu)器(qi)，然(ran)後(hou)分(fen)配(pei)時(shi)間(jian)執(zhi)行(xing)讀(du)出(chu)階(jie)段(duan)。讀(du)出(chu)階(jie)段(duan)的(de)任(ren)務(wu)是(shi)，將(jiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)采(cai)集(ji)到(dao)的(de)像(xiang)素(su)值(zhi)依(yi)次(ci)數(shu)字(zi)化(hua)並(bing)存(cun)儲(chu)到(dao)存(cun)儲(chu)器(qi)中(zhong)。普(pu)通(tong)圖(tu)像(xiang)傳(chuan)感(gan)器(qi)被(bei)設(she)定(ding)為(wei)曝(pu)光(guang)後(hou)立(li)即(ji)開(kai)始(shi)讀(du)出(chu)階(jie)段(duan)。如(ru)果(guo)傳(chuan)感(gan)器(qi)需(xu)要(yao)對(dui)連(lian)續(xu)八(ba)幀(zhen)圖(tu)像(xiang)重(zhong)複(fu)此(ci)過(guo)程(cheng)
，那(na)麼(me)曝(pu)光(guang)間(jian)隔(ge)將(jiang)過(guo)大(da)，導(dao)致(zhi)深(shen)度(du)圖(tu)各(ge)部(bu)分(fen)數(shu)據(ju)無(wu)法(fa)準(zhun)確(que)匹(pi)配(pei)。這(zhe)個(ge)問(wen)題(ti)會(hui)導(dao)致(zhi)圖(tu)像(xiang)中(zhong)出(chu)現(xian)大(da)量(liang)運(yun)動(dong)偽(wei)影(ying)，對(dui)於(yu)繁(fan)忙(mang)的(de)城(cheng)市(shi)街(jie)道(dao)或(huo)裝(zhuang)配(pei)線(xian)傳(chuan)送(song)帶(dai)等(deng)實(shi)際(ji)應(ying)用(yong)場(chang)景(jing)而(er)言(yan)，這(zhe)是(shi)不(bu)可(ke)接(jie)受(shou)的(de)。

AF0130搭載的智能iToFjishutongguoxianlianxuwanchengbazhenpuguang，zaitongyizhixingsuoyouzhendeduchucaozuo
，kefulezheyitiaozhan。zheyishejidadajianshaoleyundongmohuxianxiang
，xianzhutishengleshoushishibiexitongdekekaoxing
，zheleixitongxuyaozhunquequfenjuyouzhilingyiyideshoubidongzuoyumohuxuying。（各幀曝光之間仍存在微小的時間間隔，但這些間隔短到足以忽略不計。）

以下是AF0130典型曝光場景的計算過程：120萬像素傳感器的標準成像幀率約為29.97幀/秒；在MIPI存儲總線單通道吞吐量為1.2Gbps的條件下，其最優曝光時間（首光子到末光子的響應速度）為300µs。存儲幀中每個像素為12位，因此
，當兩條MIPI線路同時工作時
，吞吐量應該約為2億像素/秒。

一張120萬像素的圖像包含1280×960個像素，因此該圖像的讀出耗時為6.1ms。Hyperlux AF0130可ke在zai首shou次ci讀du出chu階jie段duan開kai始shi前qian，將jiang所suo有you曝pu光guang數shu據ju存cun儲chu在zai傳chuan感gan器qi內nei。相xiang較jiao之zhi下xia，競jing品pin傳chuan感gan器qi會hui在zai前qian四si幀zhen之zhi間jian穿chuan插cha執zhi行xing三san次ci讀du出chu操cao作zuo
，因yin此ci其qi首shou光guang子zi到dao末mo光guang子zi的de響xiang應ying速su度du為wei0.3ms×4+6.1ms×3=19.2ms。

相較之下，AF0130首光子到末光子的響應速度為0.3ms×4+0.25ms×3=2ms。憑借這一簡單的流程調整，AF0130在29.97fps幀率下，運動性能達到了競品的9.6倍。

再看另一種應用場景：假設幀率提升至約60fps。為支持深度處理
，每個MIPI通道的吞吐量需要達到2Gbps（此處假定該條件具備可行性）。在該吞吐量下
，傳感器的像素處理能力可達3.33億像素/秒，單幀圖像的讀出耗時為3.7ms。AF0130首光子到末光子的響應速度為0.1ms×4+0.25ms×3=1.15ms。而競品傳感器的這一數值為0.1ms×4+3.7ms×3=11.5ms。這意味著，安森美Hyperlux ID係列傳感器在60fps的幀率下
，運動性能達到了競品的10倍。

利用情景配置實現靈活適配與微調

通過校準Hyperlux ID的全局快門，可以針對特定應用對這款圖像傳感器進行微調。例如，如果傳感器需適配僅兩米外的傳送帶場景
，則可以將AF013x校(xiao)準(zhun)為(wei)聚(ju)焦(jiao)於(yu)四(si)米(mi)範(fan)圍(wei)內(nei)的(de)反(fan)射(she)光(guang)信(xin)號(hao)。這(zhe)類(lei)用(yong)於(yu)微(wei)調(tiao)傳(chuan)感(gan)器(qi)工(gong)作(zuo)特(te)性(xing)的(de)參(can)數(shu)規(gui)格(ge)可(ke)以(yi)作(zuo)為(wei)情(qing)景(jing)配(pei)置(zhi)存(cun)儲(chu)在(zai)傳(chuan)感(gan)器(qi)本(ben)地(di)。這(zhe)樣(yang)一(yi)來(lai)，當(dang)應(ying)用(yong)場(chang)景(jing)發(fa)生(sheng)變(bian)化(hua)時(shi)，隻(zhi)需(xu)切(qie)換(huan)使(shi)用(yong)對(dui)應(ying)的(de)情(qing)景(jing)配(pei)置(zhi)即(ji)可(ke)。

AF013x還具備動態調整能力。例如


，當反射物體距離過近，導致曝光強度過高、圖像細節丟失時，AF013x可自動縮短曝光時間

；或(huo)者(zhe)
，如(ru)果(guo)全(quan)局(ju)快(kuai)門(men)原(yuan)本(ben)針(zhen)對(dui)遠(yuan)距(ju)離(li)探(tan)測(ce)設(she)定(ding)，而(er)近(jin)處(chu)有(you)物(wu)體(ti)進(jin)入(ru)畫(hua)麵(mian)
，動(dong)態(tai)情(qing)景(jing)切(qie)換(huan)功(gong)能(neng)可(ke)讓(rang)傳(chuan)感(gan)器(qi)立(li)即(ji)重(zhong)置(zhi)參(can)數(shu)，避(bi)免(mian)近(jin)處(chu)物(wu)體(ti)在(zai)畫(hua)麵(mian)中(zhong)呈(cheng)現(xian)為(wei)大(da)片(pian)模(mo)糊(hu)虛(xu)影(ying)。這(zhe)一(yi)功(gong)能(neng)在(zai)安(an)防(fang)監(jian)控(kong)場(chang)景(jing)中(zhong)尤(you)為(wei)實(shi)用(yong)：例如，傳感器通常針對10米外的大門進行參數調校，但仍能清晰捕捉在2米處進入畫麵的移動物體（即便是高速移動物體）。

降低係統複雜度與成本

對於采用iToF技術的標準單調製器圖像傳感器而言
，深度感知的相關算法通常需要由外置微控製器或FPGA陣列來處理。而Hyperlux ID AF0130將這些功能直接集成到芯片內部
，使組件設計不再需要以下外置器件：

•片外微控製器或FPGA陣列（這類器件需要獨立的電源樹和電壓軌）。

•幀存儲單元（通常需要存儲器控製器）。

•用於連接圖像傳感器
、微控製器和存儲器的高速接口。

將深度處理功能集成到圖像傳感器內，不僅能降低係統帶寬占用與算力需求，還可簡化搭載該傳感器的組件設計、縮小組件尺寸，並降低組件的生產製造成本與運維成本。

安森美技術延伸閱讀

•適用於AF0130和AF0131的AGB1NOCS-GEVK評估板

•視頻：間接飛行時間技術的進展

Hyperlux ID量化結果

安森美Hyperlux ID AF0130與AF0131深度傳感器所實現的技術突破
，可以重塑工業機器視覺組件的設計範式，使這類組件更易於生產製造
、維護保養、工程開發，同時具備更高的性價比。

•AF013x搭載的120萬像素BSI全局快門，可使CMOS圖像傳感器實現超高精度的深度感知能力。

•智能iToF技術與片上存儲結合
，可減少甚至消除運動偽影
，助力需要高精度機器視覺的圖像與物體識別係統類AI軟件提升準確性。

•片上集成算法處理功能
，完全消除對外部微控製器的依賴，從而簡化組件設計
、縮小組件尺寸，同時降低功耗。

•卓越的環境光抑製能力可提升傳感器的無歧義測距範圍，從而支持更廣泛的機器視覺新應用。

•依托安森美行業標準DevWare X開發環境，可實現開放式軟件開發與可編程控製，並支持自定義情景配置。

技術願景：邁向真正的機器視覺

在需要兼顧速度與精度、但無需超遠距離感知的場景中，Hyperlux ID解決了機器視覺技術實用化與適配難題。現代機器需要“看清”自己的動作
，隻需在關鍵微秒內獲取相關的深度與空間數據。曾幾何時，低功耗CMOS技術因易受溫度與噪聲幹擾，並不適用於這類應用場景。但如今，隨著工程設計的改進與編程技術的優化，CMOS技術不僅克服了自身的短板
，更在性能上超越了CCD等傳統技術。

隨著機器視覺技術逐漸成為各類時空感知設備的標配功能，工業設備也亟需在技術性能、可靠性、供gong應ying鏈lian穩wen定ding性xing與yu技ji術shu支zhi持chi服fu務wu上shang均jun能neng滿man足zu規gui模mo化hua應ying用yong需xu求qiu的de圖tu像xiang傳chuan感gan器qi。安an森sen美mei提ti供gong的de元yuan器qi件jian產chan品pin，正zheng致zhi力li於yu推tui動dong機ji器qi視shi覺jiao生sheng態tai朝chao著zhe更geng簡jian潔jie
、更高效的方向發展。