將智能感知的「觸角」延伸得更遠，安森美半導體有哪些秘訣？

近年來，人工智慧應用增長迅速，加速走進人們的日常生活，如人臉識別、物流機器人等，這一切與智能感知技術密不可分。今年年初全球新冠疫情爆發，無接觸配送備受關注。例如，武漢疫情期間，京東送貨小車為醫務人員輸送藥品；美國疫情高發期，矽谷的方艙醫院採用無人駕駛送貨小車運送貨物。兩個案例均採用了來自安森美半導體的智能感知方案。

近日，安森美半導體智能感知部全球市場和應用工程副總裁易繼輝（Sammy Yi）介紹了安森美最新的智能感知發展策略和創新的全方位智能感知技術和方案。

安森美半導體智能感知部全球市場和應用工程副總裁 易繼輝（Sammy Yi）

年輕的智能感知部是安森美成長最快的部門

安森美半導體前身是摩託羅拉半導體，1999年從摩託羅拉拆分出來，2000年在美國納斯達克上市。現在全球員工約34,000人，2019年總收入約55億美金。安森美半導體市場範圍非常廣泛，最大的市場份額主要是汽車、工業和通信。這些行業有幾個非常重要的共同點：一是，對產品性能要求非常高；二是，對產品質量和可靠性要求非常高；三是，對產品長期供貨的持續性要求非常高。安森美半導體繼承了摩託羅拉的「六西格瑪」質量管理控制系統，將其成功應用在電子行業中。

經過多年的努力，安森美半導體在全球半導體行業集成器件製造商的排名逐年上升，在功率半導體（分立和模塊）維持行業第二的地位，也榮獲了諸多獎項。2019年，安森美半導體正式進入財富美國500強榜單，更是連續五年獲得「全球最道德企業」稱號。

電源方案部（PSG）、先進方案部（ASG）、智能感知部（ISG）是安森美半導體三大產品部。其中，智能感知部是安森美半導體2014年成立的部門，在公司只有6年的歷史，但是成長速度卻是最快的。

根據易繼輝的介紹，安森美年輕的智能感知部實際上在成像傳感器行業有超過40年的歷史，是通過幾次重要的戰略性併購形成的。例如，2014年安森美收購了TRUESENSE，其前身是柯達影像，其核心技術來源于貝爾實驗室CCD影像；同年收購的Aptina前身是美國航天宇航局JPL噴氣式推動器實驗室。1993年，JPL為了阿波羅登月開發出全球首款CMOS圖像傳感器。27年後的今天，CMOS圖像傳感器已經得到了廣泛應用。

安森美創造了很多行業第一。例如，Bayer Pattern（拜耳陣列），即RGB紅藍綠模式，該技術是安森美一位老員工的專利，因此以其姓氏Bayer命名；1993年，安森美開發出了行業最早的一款CMOS圖像傳感器；2005年，安森美開發出全球首款專用在汽車上的車規級CMOS圖像傳感器。迄今為止，安森美已經給市場提供了超過5億件圖像傳感器。

過去三年，安森美又陸續收購了IBM在以色列的毫米波雷達研發中心，以及專注於飛行時間（ToF）雷射雷達傳感器開發的愛爾蘭SensL公司。如今，安森美在圖像傳感器上擁有行業內最多的成像專利、最龐大的傳感器產品陣容，以及強有力的供應鏈，每周銷售的晶片產品的總數量超過10億件。

智能感知賦予汽車市場新的動力

安森美智能感知部門主要面向三大市場：汽車、機器視覺和邊緣人工智慧，提供全系列的智能感知方案，包括超聲波、成像、毫米波雷達、雷射雷達和傳感器融合。

近些年，電力化特別是智能化的趨勢，使得傳統汽車行業煥發出新的動力。新技術逐步引入，使得汽車在智能感知方面的成長速度，遠比汽車本身的成長速度快得多。

安森美在汽車感知領域有著絕對的領先地位。圖像傳感器在ADAS和AD領域有超過80% 的市場份額；2019年已經付運約1億顆傳感器；同年，推出了世界上首個具備極高擴展性的汽車圖像傳感器系列Hayabusa，它是具有市場最高的寬動態效果和第一款具有網絡安全功能的產品。

「很多人講，未來的汽車已經不再像傳統的汽車了，更像是一個架在四個輪子上的計算機。我認為更嚴格的定義應該是：架在四個輪子上，而且具有極其強有力的感知能力的計算機。」 易繼輝講道。

如今在車上可以看到ADAS攝像頭、倒車攝像頭、環視360度監控、電子車鏡、駕駛員監控、乘務員監控、車內的毫米波雷達和雷射雷達，現在最好的汽車感知系統已經遠遠超過人類的感知，能夠分分秒秒、時時刻刻不間斷地監控周圍環境，這是人類駕駛員遠做不到的。

汽車感知系統越來越豐富，越來越全面，而且越來越強大。易繼輝相信，未來的自動駕駛很可能會比人類駕駛更安全，而安森美半導體則能為整個汽車提供全面的智能感知方案。

自動駕駛的前提是更高的可靠性安全性

經久耐用再也不是衡量汽車質量的唯一標準，自動駕駛給未來的汽車提出了更高的要求。

第一，共享乘客。以前的汽車日均使用時長僅一兩個小時，大部分時間停在車庫裡。未來自動駕駛成熟後，共享汽車可能會替代私家車，除了充電、維修之外，多數時間都在行駛。安森美從幾年前開始已經看到了這一點，並加倍提高產品的可靠性能以及持續運作的能力。

第二，功能安全。對汽車自動駕駛功能的要求，已經不僅是需要「可靠的汽車」，而是需要「可信的汽車」。要可以相信它，在一些緊急情況下能夠自己做判斷、做決策，並採取行動。

第三，網絡安全。車聯網、智能網聯汽車以後越來越普遍，現在網絡安全標準在國外，特別是歐洲，已經計劃加入行業標準裡。

汽車成像的挑戰

圖像傳感器如汽車的「眼睛」，能幫助汽車看到各種信息。然而汽車成像的挑戰非常多，易繼輝總結了三個比較突出的方面：

一是寬動態。在強光下，由於光線太強，周圍會一片黑；從暗到亮，從車庫、隧道出來，如果寬動態不夠，可能看不見，或者只能看到暗處或者亮處。在自動駕駛時，對攝像頭的要求就非常高。

二是環境條件。汽車要能在東北零下幾十度的環境開，也能夠在沙漠開，或者在南方高溫條件下開。

三是辨別LED指示牌、交通燈。眾多國家和地區在公路上都已經開始實行電子管控牌，採用LED光源，對人眼識別很友好，但LED的閃爍頻率不一樣，圖像傳感器容易因為頻率不同步而捕捉不到信號，對機器視覺是很大的挑戰。

先進的圖像傳感器技術

面對這些挑戰，圖像傳感器技術也在不斷發展。在圖像傳感器裡既有光子也有電子，光子和電子的結合使圖像傳感器技術相比GPU、CPU更為複雜。光子打進來以後轉換成電核，變成電信號，類似於下雨時拿著水桶接雨，容積越大，光子轉化成電子的電容、電荷量就越多。安森美的新技術在傳統小像素旁邊開個大的「蓄水池」，把多餘的電荷流到這邊，提高整個光強量、信息量，增加動態範圍。

這個技術在高端攝影機裡，如《少年派的奇幻漂流》中使用的ARRI公司攝影機，就是用的安森美半導體的圖像傳感器。現在這個技術逐漸轉入汽車的傳感器，接下來會逐漸轉入到工業機器視覺和其他領域。

安森美Hayabusa系列也採用了這個技術，一次曝光就能實現95dB，經過多次曝光可以達到120dB。易繼輝透露，下一代的產品一次曝光有望能達到110dB。

左圖是寬動態不好的情況，照顧了暗的部分，亮的部分就都失去了。右圖是採用安森美高動態範圍圖像傳感器的情況，暗的地方看得非常清楚，在亮的地方也都能看得很清楚，可以給人工智慧算法提供非常準確和全面豐富的信息，以便做出更加準確和安全的判斷。

另外一個典型場景是夜視。安森美新一代產品採用近紅外+（NIR+）工藝，在近紅外光電轉換效應提高了4倍。上圖沒有採用NIR+的，下圖是同樣場景下添加NIR+。結果是一個看得見，一個看不見。在汽車上，結果可能就會是一個安全，一個事故了。

全面的產品陣容+整體方案

安森美的產品覆蓋面非常廣泛，在視覺、自動駕駛、車艙內智能駕艙、邊緣計算、毫米波雷達、雷射雷達等應用中都有完整的系列產品；除了提供單一的產品，安森美還提供很多其他器件，包括二極體、LDO、電源管理IC。

安森美的另一個優勢是，在設計下一代圖像處理器時，可以和其他產品部門合作，共同探討如何開發相應的電子產品、器件，使攝像頭能夠達到最優化，給客戶提供一站式的服務以及最優化的系統設計方案，深受客戶歡迎。

「在汽車行業，安森美提供一整套的圖像傳感器方案，有超過十多年的技術投入，有領先的功能安全、網絡安全性能，並且在技術、產品質量、功能安全和網絡安全上不斷地耕耘。」易繼輝介紹。

機器視覺和邊緣人工智慧應用

除了汽車市場，安森美在機器視覺和邊緣人工智慧市場也有著長期的布局和投入。

機器視覺市場隨著工業4.0、工業自動化、人工智慧的發展得到了快速的成長，特別是在國內，近幾年機器視覺發展非常快。據Yole Development的調研數據顯示，安森美在工業機器視覺領域的市場份額排名第一。

邊緣人工智慧是新興市場，因人工智慧、5G、IoT等新技術的導入開發出新的應用，發展非常迅速，幾乎每年都會有一些新領域開始發展智能化，如新零售、智慧農業等。在新冠病毒爆發之後的後疫情時期，遠程化、無人化、COVID-19檢測成為當前一些設備發展的趨勢。

平板檢測是工業機器視覺行業中對圖像傳感器最有挑戰性的應用，像素從1K、2K、4K一直到8K，逐漸擴大。檢測過程分兩步：（1）暗檢測，上電前主要檢測一些指紋、劃痕和其他物理上的問題；（2）上電後的檢測，特別是在OLED、AMOLED（Active Matrix OLED），LED是有一個亮板在後面作為發光源，而OLED，特別是AMOLED，每個像素都是一個單獨發光源，像素與像素之間發光的強度和色彩的均勻度都要能夠很準確地偵測出來，這對圖像傳感器的要求非常高。

以1.3英寸固定尺寸的圖像傳感器為例，解析度逐年提升，從過去的200萬像素，500萬，800萬，1200萬，現在達到超過2000萬；噪聲導數，相當於圖像質量，隨著像素的增大，圖像質量也在斷提高；帶寬也在逐年提高。靠著技術的推動，如全局快門、內校正、工藝節點的進步、背照式、堆棧架構的升級，安森美的各代產品性能不斷提高。

上圖是安森美一個4K產品的寬動態效果圖。這個場景非常刺眼，人眼是完全不能看的，而這款圖像傳感器不光能夠看清場景，連燈絲都能看得非常清楚。0.2cd/cm2光照量（非常低）和190,000cd/cm2光照量（非常高）的兩種情況並存時，兩處場景都能看到，已經超過了人眼能力。此外，過渡噪聲非常小，黑暗與明亮交界的地方輪廓非常清晰，可以給人工智慧提供了大量的可靠數據。

無接觸式市場的成長潛力也非常大。例如，無接觸的通過閘口，包括飛機場、火車站、高鐵站。安森美AR0230 HDR圖像傳感器是業界唯一一款200萬像素產品，自帶寬動態功能。由於相機是固定位置，背景光線沒法控制，因此寬動態對無接觸系統非常重要。安森美的這款產品能提供很好的圖像質量，進而提高人工智慧的判斷精度。

易繼輝表示，3D成像、高光譜和多光譜成像都是未來的方向，現有的方案都是在系統上解決。例如，3D雙目採用兩個攝像頭，或者結構光來解決；高光譜、多光譜是用多個鏡頭或者多個相機在系統裡合成。而安森美的想法是將這些困難和問題在半導體層面用摩爾定律來解決。一旦能夠用摩爾定律解決問題，將會帶來成本降低、尺寸縮小、功耗降低等諸多好處。