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視頻解讀安森美半導體最新圖像傳感技術

2019-05-29 13:02:12 來源:周菊香
近日,安森美半導體在北京召開了媒體交流會,安森美半導體智能感知部全球市場及應用工程副總裁易繼輝就安森美半導體的智能感知產品方案和發展策略做了深度的分享。EETOP應邀,出席了此次交流會。


多傳感器融合發展將是行業大趨勢
 
安森美半導體總共有三個產品部門,即:電源方案部(PSG)、模擬方案部(ASG)和智能感知部(ISG),其中,智能感知部門的是由圖像傳感器部門(Image Sensor Group)更名而來,這是2018年的一個重要調整。智能傳感器、深度感知、傳感器融合,是感知未來發展的三個趨勢。基于此,易繼輝說:“不同于傳統公司主攻某個領域的發展策略,安森美的戰略布局是如何提升綜合能力,達到綜合能力的極致,以寬廣的產品陣容滿足客戶全方位的需求,而不是滿足于在某一個領域做到極致。現在我們是全球唯一一家擁有所有感知技術的公司,打破了行業間的壁壘。”
 
智能感知的終端市場有很多,包括航空國防、科學研究、醫療等,安森美半導體的市場主要聚焦在汽車、機器視覺、邊緣人工智能這三大方向上,所提供的技術、產品和能力主要也是針對這三個市場。據介紹,在至關重要的應用領域,比如汽車自動駕駛、工業機器視覺、邊緣人工智能等,安森美半導體的成像方案一直都是市場的領袖。在超聲波行業,2018年,安森美半導體占60%的市場份額。而為了進一步拓寬產品線,2017年,安森美通過購IBM海法研究小組(IBM Research Haifa Lab)在以色列的毫米波研發中心,拓寬了毫米波雷達產品方案;2018年5月,通過收購愛爾蘭 SensL Technologies公司,擁有該公司最核心技術之一SPAD(單一光電雪崩二極管),該產品具有非常高的感光效應,具有上百萬、上億的感光倍數。易繼輝說:“目前,安森美半導體是全球唯一一家提供全方位智能感知功方案的供應商,包括超聲波、成像、毫米波雷達、激光雷達和傳感器融合。“
 
針對安森美半導體在毫米波雷達和激光雷達兩個領域的產品進展及在中國的發展布局,以及安森美半導體的融合發展戰略,EETOP特別做了采訪和交流。易繼輝回答說:“安森美半導體非常看好中國市場,特別是汽車行業。中國這些年發展特別快,對新技術新產品特別熱情,且很愿意接受新鮮的東西,也由此,國內的技術更新換代比國外快的多,一輛新車從設計到開發到最后上市有可能只需要兩到三年,但國外則至少需要三到五年。就雷達相關的產品,安森美半導體其實現在還沒有量產的產品,還處于評估階段。產品不一定要一次到位,可以五次,總比三次最后的結果要好。”安森美半導體的銷售額一直以業界平均兩倍以上增長率在增長,并且持續了很多年。這樣的成績跟安森美半導體成功的戰略和長期部署有關,技術上要領先,就一定要有創新。易繼輝相信,傳感器融合發展將會是安森美半導體未來的一個優勢。各行業單一的感知已經很難再有太大的創新,安森美半導體在做的就是主動地把它們融合起來。
 
安森美半導體最先進的圖像傳感器技術
 
智能感知已經不似傳統的圖像傳感。傳統的圖像傳感技術很大程度依靠手機開發出來,因為手機原來圖像傳感器用得非常多。隨著自動駕駛、機器視覺、邊緣人工智能這三大領域的應用推進,很多新技術是先被開發出來,后被運用到手機里。這就給圖像傳感器帶來了諸多的技術挑戰。首先是像素,通常人眼僅能夠鑒別1600萬像素左右,再高對于人眼也沒有區別。但是智能傳感對于像素識別幾乎沒有邊界。一個很大的趨勢,隨著人工智能對像素分辨、理解和判斷能力需求的提升,圖像傳感器對于像素識別要求也越來越高。其次,最大化動態范圍至關重要,現在寬動態已經不光局限在汽車應用上,還延伸至邊緣人工智能和工業領域。再有,網絡安全現在越來越重要,從最底層的元件就需要做到,不僅保證性能可靠,更要保證功能安全,做到可信。下文,將重點為大家分享安森美在圖像傳感器方面的最新技術及產品方案。
 
芯片堆棧技術引領圖像傳感器無限創新可能
 
圖像傳感器是整個半導體行業復雜程度最高的技術。它主要是將光子和電子二者結合,把光轉換成電,再把電轉換成光,這里面包含了很多前沿技術。安森美半導體是現代圖像傳感器的創造者,其圖像傳感器部擁有2000多項成像專利和成像專業知識,傳感器陣容豐富,供應鏈強大。
 
易繼輝介紹說,安森美現在已經可以做到兩個芯片堆棧,并已經在批量生產。接下來還會做三個芯片堆棧的量產,以后還可以把一些處理器和存儲器都直接加載到圖像傳感器里面。易繼輝具體為大家演示了安森美一款SPU神經網絡芯片AP0300,它是一款完整的圖像信號處理器,擁有領先于市場的圖像處理管線,采用clarity、HDR、空間轉換處理,內置有神經網絡處理核。無需DRAM,無額外閃存,是新的小型智能攝像機類別。
 
最大化動態范圍至關重要

寬動態最早是滿足汽車應用的需求,現在寬動態已經不光局限在汽車應用上,還延伸至邊緣人工智能和工業領域。簡單來說,寬動態是指一個圖片上亮和暗的比差。很典型的一個應用是,用手機從室內拍攝窗外的時候,一般室外景物拍攝清晰時但室內拍攝效果卻是一片漆黑,若保證室內清晰窗外效果就一片空白,原因就是手機的寬動態不夠。第二個應用是夜間行車,特別是遇到相向而行的車開啟大燈的時候。在寬動態102dB的情況下,可以看到路邊行人的輪廓,那人工智能就可以判別有行人。但如果寬動態在90dB或80dB,人工智能算法就沒有辦法判斷這是人,甚至看不到這個實體的存在。所以,寬動態汽車在應用中非常重要。易繼輝重點分享了安森美的近紅外+(NIR+)像素技術、LFM(LED Flicker Mitigation)技術和全局快門技術。
 
近紅外+(NIR+)像素技術原來在安防領域最先開發,而后應用到汽車領域。汽車在夜間行駛時對近紅外的要求非常高。安森美現在開發的產品的近紅外頻段在大約850納米至940納米之間,增加了約4倍的近紅外靈敏度。感光度提高有2個好處:第一,如果感光度低,低照度就不好,捕捉信號的效果就不完整;第二,如果感光度低,可能要用LED來補光,大功率的LED會產生非常大的功耗。近紅外靈敏度提高,首先可以省電,再者可確保信號捕捉的全面,提升信號清晰度。據稱,這項技術在汽車應用上也會越來越廣泛。


LFM技術即LED防抖技術。因為LED在閃爍的時候,頻率都不一樣,幾乎沒有一個業界標準。比如,紅綠燈,如果攝像機的頻率和紅綠燈的頻率不吻合就捕捉不到信號。所以,在汽車,LFM對整車廠而言是非常大的挑戰。安森美目前的技術可以在獲取信號后從軟件分析延遲(Latency)和功耗,并傳感器硬件上直接解決問題。
 
領先的全局快門性能。現在整個圖像傳感器有兩個不同的技術:一個叫做卷簾式快門,一個是全局快門。全局快門就是一次性即時捕捉所有的信號,而卷簾式是一行一行的掃描,從第一行到最后一行,中間會有時差。所以當拍攝高速運轉情況下的物體時,圖像就會顯示變形。但如果采用全局快門,拍攝出的效果非常清晰。安森美在工業掃描行業,七八年前已經超過60%的市場占有率,就得益于此技術。目前,安森美的全局快門技術已經發展至第八代。和競爭對手相比,至少超過他們的兩代技術。易繼輝介紹說:“之后該技術也會應用到汽車上,特別是在駕駛員疲勞監控方面。”
 
網絡安全功能及防黑客攻擊

網絡安全是大家普遍關注的問題。網絡安全跟圖像傳感器也是有關系的,而且存在非常大的潛在風險。尤其是在自動駕駛中,功能安全的保障也至關重要。功能安全就是要做到可信。據預測,關于網絡安全的國際標準,到今年年底就會出來。
 
安森美會把生產的芯片交給全球知名的一家反黑客公司,讓他們去做入侵測試。易繼輝介紹,僅僅一禮拜的時間內,該公司就找到了十幾種入侵方法。安森美跟客戶在幾年前就已經在研究此類狀況,并且2018年年底就特別推出了一款800萬像素的具有網絡安全功能的圖像傳感器。
 
此外,整個自動駕駛系統,現在故障率單位標準是100FIT(Failure in Time)。對于子系統可以允許故障率單位標準是10FIT,對傳感器就是1FIT,這是非常高的要求。要實現這樣的要求,一是通過工程判斷,做一些分析模擬來避免這些風險,判斷它是否會有一些高風險,以及什么樣的風險。二是通過路上測試,現在很多自動駕駛汽車,在各個國家,包括國內北京、上海、深圳、廣州,都發了路測執照。但路測再久也不能保證100%萬無一失,總有遇到特殊情況或者極端情況。安森美半導體在很多年前跟歐洲整車廠開始做功能安全時,采取的方法是把所有故障全部分析出來,再把這些故障注入到芯片,讓它產生這些故障,以鑒別芯片的可信度。目前已經做到大概超過8000個失效模式。這8000種模式是圖像傳感器本身的線路失效可能出現的問題,包括短路、信號削弱,與自動駕駛和路況沒有關系。主要是起到保證功能安全的作用,讓元器件可對它的線路進行自檢以提供完整、準確的信息。易繼輝進一步說到:“當然,目前這個工作還在繼續,如果還有新模式,我們都會加進去。”
 
圖像傳感器在汽車領域的應用
現在汽車應用的發展主要在這三個方向:一是車外的人工視覺,包括環視、后視,這是供人看的;二是車外的機器視覺,包括ADAS、自動駕駛;三是艙內監控,除了傳統的駕駛員疲勞監控之外,還有疾病檢測、情緒/生理檢測,安全氣囊精準調整、人機互動(Human Machine Interaction)、虹膜識別(Iris Detection)和人臉識別等。人機互動,包括手勢識別功能,如調整艙內溫度、聽廣播、打電話等都可以用手勢來操作。除了對駕駛員的監控,還有對乘員的監控,比如robot taxi(機器人出租車)的很多的功能都需要艙內監控,包括安全帶提醒、兒童在場檢測、物體檢測和寵物檢測等。這都是未來自動駕駛會涉及到的一些應用。
 
現在汽車智能感知元器件越來越多。目前啟用啟動駕駛的車輛擁有9個圖像傳感器,而下一代正在開發的圖像傳感器已經超過12個,還有接近20個正處于研發階段。同時還配備有10個雷達,至少2個超聲波,將來也會配置至少1個激光雷達。所以,現在汽車的感知能力已經比駕駛員更強。駕駛員的視線范圍一般只能覆蓋前方180度,加上余光,可能超過200度,而汽車智能具有360度感知能力。另外,駕駛員可能會有幾毫秒的精力分散情況,而智能感知可以全時候地跟蹤、檢測和計算。感知技術搭配人工智能,未來自動駕駛和智能駕駛一定會比人類更可靠、更安全,只是現階段技術還尚未成熟。
 
易繼輝介紹說,安森美半導體是一家專業的汽車半導體公司,提供汽車感知(Sensing)和視覺(Viewing)總體的解決方案。安森美半導體的核心技術Clarity+能夠把汽車視覺和感知攝像機技術結合。現在市場上人工視覺使用一個相機,機器視覺使用另外一個相機,而安森美半導體的相機既能做到機器視覺信號又能提供人工視覺信號,這是系統集成的一項技術。
 
根據第三方市場調研公司的數據,安森美半導體汽車視覺和感知攝像機這兩個領域,2016年占總體50%市場份額。如果只看機器視覺(即感知攝像機),市場份額占比超過了60%。2018年,Viewing和Sensing占總體市場份額62%,如果只看機器視覺(ADAS+自動駕駛)已經超過80%的市場份額,比所有競爭對手市場份額的加和還要大。在整個行業內,安森美可提供最完整的系列產品,產品的性能和功能都處于行業領先,比如滿足各個級別的像素需求(130萬像素至1200萬像素等),高端攝影機里面的寬動態技術如今也被應用到汽車領域。到目前為止,已經有超過4億個汽車攝像機使用安森美半導體的圖像傳感器在路上跑,而且安森美的產品質量也是有口皆碑的。
 
技術領先在于不斷創新和持續投入,市場領先在于合作和生態發展
 
安森美半導體可以提供全方位的智能感知方案,其中主要發力于汽車、機器視覺、邊緣人工智能這三大市場。在汽車領域,既有CMOS圖像傳感器,又有CCD圖像傳感器,可達到上千萬的VGA(Video Graphics Array,視頻圖像分辨率);在工業機器視覺領域,業界規模最大的兩家是安森美半導體和索尼,安森美半導體可提供從低端、中端一直到高端所有產品系列,且有很強的應用支持,其中安森美半導體的PYTHON系列是目前市場上唯一一家在29×29mm設計尺寸內做到1600萬像素的產品;在邊緣人工智能領域,隨著人工智能的發展,智能機器人需要具有空間感,目前深度映射技術有五種方法:立體視覺、結構光、飛行時間、Super Depth和雷達,安森美半導體的技術就是只需要一個攝像頭,一個芯片,在不需要任何補光的前提下,就可以同時提供彩色圖像和深度圖像。
 
除了在技術和產品上不斷在做創新外,安森美半導體在市場戰略上,也有自己的一套做法。現在,同行友商都在逐漸淡化和代理公司的合作,而安森美半導體卻一直致力于維持與代理公司的緊密合作關系,他們把這作為公司一個很重要的戰略方向。此外,建立汽車生態系統合作伙伴關系對安森美半導體也非常重要。安森美半導體有專門的團隊開發生態系統合作伙伴,與圖像傳感器,或者是激光雷達有關系的友商、供應商,都會開展深入的合作,建立合作生態系統。該系統分為三個層面:第一個層面是保證在產品上能夠對接,即新開發的產品能夠和合作伙伴的新產品對接;第二個層面是在產品線路圖上能夠對接,即新產品的線路圖能夠與友商的下一代新產品的線路圖對接上;最深層次的就是產品的概念上的契合,即在產品定義之前就跟友商、合作伙伴一起研究如何對新一代產品作優化。

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