三大產品部覆蓋千行百業
安森美共有三大產品部門——電源方案部(PSG)、先進方案部(ASG)、智能感知部(ISG),其中ISG部門成長速度最快,雖然在安森美只有六年的歷史,通過并購,安森美ISG部門的技術更迭速度非常快。
安森美半導體ISG: 現代圖像傳感器的發明者
圖像傳感器領域的RGB(紅綠藍),其格式名“Bayer pattern”是以安森美半導體一位員工的名字命名的。全球最早的一顆CMOS圖像傳感器是安森美半導體于1993年開發出來的。全局曝光Global Shutter技術也是安森美半導體第一個開發出來的。如今,安森美半導體全局曝光技術已經進入到了第八代產品,同類企業還在處在第三、第四代。
汽車、機器視覺和邊緣人工智能是ISG部門主攻的三大領域。
1.智能駕駛:隨著,電氣化智能化發展,智能感知技術在汽車的應用高速增長;
2.機器視覺:工業機器視覺和邊緣人工智能的應用非常廣泛。近幾年隨著人工智能的開發,工業機器視覺越來越受到業界重視。除了傳統工廠自動化、智能化工廠的發展,機器視覺還在智能交通、新零售、智能樓宇/家居、機器人(無人機、服務機器人、工業用機器人、送貨機器人、合作機器人)等領域不斷發展。目前,安森美半導體,憑借全方位的產品陣容,成為工業機器視覺的領袖。
3.邊緣人工智能:隨著AI技術、5G、IoT不斷發展,云端、物端、邊緣計算也應運而生。云端計算速度非常高,感知、識別或判斷、決策、行動這四個步驟都在會云端得以處理,但它的問題是大量數據送到云端成本非常高,延時性也不好。
安森美從超聲波、成像、毫米波雷達、Lidar到傳感器擁有全系列智能感知方案。其中汽車感知領域份額最大。
安森美稱霸汽車圖像傳感器市場
安森美圖像傳感器在ADAS和AD領域占有超過80% 的市場份額,據了解,2019年他們已經付運約1億顆傳感器。去年,安森美推出了針對車艙內應用的下一代RGB-IR圖像傳感器方案和用于先進駕駛輔助系統(ADAS)及汽車攝像機視覺系統的Hayabusa?系列CMOS圖像傳感器。據介紹,Hayabusa平臺采用突破性的3.0微米背照式像素設計,提供業內最高的10萬個電子電荷容量,而且具有其他關鍵汽車功能,例如同步片上高動態范圍(HDR)、消除LED閃爍(LFM)及實時功能安全和汽車級認證。
安森美半導體智能感知部全球市場及應用工程師副總裁易繼輝表示,汽車的日益智能化,使得傳感器在汽車中的應用越來越廣泛,汽車對傳感器的種類和數量需求也不斷增加。也正是因為這一趨勢,智能化、微型化、多功能化和集成化逐漸成為汽車傳感器技術發展的主流方向。如今汽車最優的感知系統已經遠遠超過人類的感知,并且是不知疲倦的工作。
如今,基于攝像頭的主動安全系統在汽車中迅速增加。除了備用攝像頭,我們的汽車可能還具備:
使用四個攝像頭的環繞視圖系統
最多帶三個攝像頭的ADAS前置攝像頭系統
后視鏡輔助攝像頭
監視攝像頭
驅動程序監控攝像頭
側視攝像頭
從2017年起,許多新車型的攝像頭數量將超過12臺,以幫助提高安全性。
安全依舊是駕駛的重中之重
盡管全球都看好自動駕駛發展,但無可避免其仍存在諸多爭議。其中,最大爭議在于自動駕駛的安全性。易繼輝表示,自動駕駛的安全性主要分為三點:
1.共享乘客
我么私家車95%的時間處于閑置狀態,汽車的使用壽命在8000個小時左右。當自動駕駛逐漸成熟之后,我們的私家車可能都會變成共享汽車,只要說出你的目的地就可以,這大大增加了汽車的使用效率,這樣的強度在以前車的設計和開發中是沒有計劃到的。安森美已經在朝著這個方向未雨綢繆起來,產品設計都是按照這種要求而設計。
2.功能安全
對于自動駕駛或駕駛輔助車輛來說,車輛大部分或幾乎全部交由系統控制,控制效果的優劣是必須要考慮的因素。在傳統汽車領域中,失效表現往往源于系統的失效。在自動駕駛系統中則不然,及時系統不發生故障,也可能因為神經網絡黑盒輸出等因素的不確定性導致功能的偏離,造成交通傷害。盡管可能在感知決策執行層面沒有任何錯誤和失效發生,其他復雜的交通狀態和車輛意外行為依然可能成為自動駕駛系統的不穩定因素。
3.網絡安全
在實現全自動駕駛的道路上,網絡安全是一個不得不攻克的技術難關。根據調查公司MarketsandMarkets的報告內容,全球汽車行業的網絡安全市場,從2018到2025年間CAGR(年平均成長率)會以23.16%增長,到2025年將會到達57億7000萬美元的規模。
自動駕駛車使用安裝在車上的傳感器和ICT(Information and Communication Technology)終端來檢測和分析周圍環境,來控制方向盤和制動。隨著網聯車的發展,各種信息(例如其他行駛的車輛和交通基礎設施)將通過網絡實時發送和接收。據了解,自動駕駛車每天將能夠處理大約4TB的數據。倘若,自動駕駛系統一旦被黑客攻克,就變成了殺人工具,其危害性無法想象。
汽車成像的挑戰
除了安全方面,易繼輝也談到了自動駕駛成像所面臨的三大挑戰,也是未來需要攻克的主要方向:
1.超大寬動態
寬動態是指一個圖片上亮和暗的比差。在現實場景的內部具有很寬的亮度變化范圍,而且,如果成像器的動態范圍不足以捕獲場景,則將導致信息的丟失。而傳感器是以最高的保真度來捕獲一幅圖像的黑暗和明亮部分的能力即為其動態范圍。動態范圍越高,則從被掃描物體進行的光學圖像變換的保真度就越高。如果寬動態不夠,在由暗到亮或由亮到暗的轉換過程,并不能完全清晰識別所有場景。舉個簡單的例子,用手機從室內拍攝窗外時,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。
易繼輝強調,寬動態范圍對于自動駕駛而言至關重要,如果動態范圍不到位,呈現出來的圖像將會有天壤之別。典型的案例就是隧道寬動態測試,在寬動態不好的情況下,圖像隧道外面則一片空白,甚至連隧道墻上的細節都已模糊。人眼可以識別,但機器視覺卻無法識別。反之,較高的動態范圍則會看清大部分細節。
2.溫度范圍超大的極端條件(-40C 至+105C)
汽車要保證造任何環境條件下都可以正常行駛。
3. LED交通燈/ 標志燈閃爍難以辨別
得益于LED節能,清晰的優點,各大交通路口都已換上全新裝備,但對于傳感器來講,對它的識別反而有點困難了。因為,LED的閃爍頻率不一,如果頻率無法同步,圖像傳感器將會無法捕捉到。
面對這些難題,圖像傳感器在技術上也在不斷精進。相比CPU、GPU,圖像傳感器的技術更為復雜。易繼輝介紹,如何讓電子和光子實現完美的結合,是極其復雜的半導體工藝。作為機器視覺設計的關鍵因素,在速度和分辨率邊界上都要經過快速改造。從而在不會影響圖像質量的前提下,實現更高的幀速率。而且,為了實現分辨率,圖像傳感器要具有強大的光學格式,才可確保現代機器視覺和檢測用例所需的成像細節和性能。
Hayabusa超級曝光高動態像素
在面對極端溫度條件、高動態范圍、LED閃爍、功能安全和NCAP評估標準等挑戰,安森美推出的
Hayabusa圖像傳感器平臺便是汽車圖像感知系統的一大突破性研究。Hayabusa圖像傳感器平臺已擴展到提供一系列分辨率和成像能力,包括嵌入式圖像信號處理的配置選擇。310萬像素(MP)的配置及獨特的8:3縱橫比使其適用于寬視場應用,如ADAS前視,以滿足歐洲新車評測系統(NCAP) 2020標準。130萬像素的配置在單個緊湊的符合車規的封裝中提供一個傳感器和圖像信號處理器,是百萬像素倒車攝像機、環視系統和自動泊車系統等攝像機身空間受限應用的理想選擇。
這高電荷容量的像素設計使Hayabusa系列的每個圖像傳感器都能夠提供超級曝光功能,即使在最具挑戰性的場景中,也能提供120分貝(dB)HDR和LFM的高保真圖像,而不會犧牲微光靈敏度。Hayabusa平臺同步HDR和LFM的功能對提高安全性尤為重要,因這能確保在極暗和極亮的場景也能識別出所有物體和潛在危險。
NIR+像素技術
除了寬動態,汽車在夜間行駛時對近紅外的要求非常高。安森美半導體的近紅外+(NIR+)像素技術增加約4倍的近紅外靈敏度,可確保信號捕捉的全面,提升信號清晰度,還可省電。全新的NIR+提高了近紅外區域內傳感器的量子效率(QE),而無需犧牲可見光譜中的色彩保真度,其工藝水準是原先的NIR的4倍,這就使得在夜晚機器可以看到更多的信息。
安森美汽車感知+視覺總體方案
安森美在視覺+感知、ADAS+自動駕駛、全局快門/車艙內、邊緣+SPU、雷達/激光雷達等領域,都會提供從低端到高端的多種產品供客戶選擇。
汽車的智能化發展主要在三個方向:車外的人工視覺,包括環視、后視;車外的機器視覺,包括ADAS、自動駕駛;艙內監控,除了對駕駛員的監控,還有對乘員的監控。安森美的成像技術會在這些領域持續用力,爭取給客戶帶來更優秀的產品。
智能駕駛艙也面臨這一大挑戰,易繼輝介紹,目前的攝像頭尺寸過大(18×18cm3),最小的也在3×3cm3,安森美和合作伙伴聯合研發更小的攝像頭,如今他們以達到了0.5×0.5cm3的級別。
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