機器人行業正呈現出諸多漸趨普及的發展態勢。其中，最為人熟知的是自動送貨機器人、酒店服務機器人和餐廳服務員機器人。一旦消費級機器人的價格降低，家用機器人的應用場景將得到進一步拓展，諸如家庭服務機器人和個人助理等。在機器人進入家庭并與人類互動之前，機器人制造商必須構建妥善的系統，確保機器人能夠精準、高效且安全的運行。

這份白皮書將探討視覺系統對于機器人的重要意義。第一篇介紹了機器人分類與行業趨勢，第二篇將主要介紹安森美（onsemi）的圖像傳感器產品組合。

安森美的圖像傳感器產品組合

多年來，安森美設計并推出了適用于包括機器人領域等多種應用場景的圖像傳感器?。

安森美的卷簾快門圖像傳感器

HyperluxTMLP

Hyperlux LP 產品系列專為低功耗應用而設計。為了進一步優化芯片架構，這些傳感器還具備運動喚醒 (WOM)和智能感興趣區域 (SmartROI)等實用功能，在各類工業和消費應用中發揮著重要作用。這些功能使得 Hyperlux LP 傳感器能夠在帶寬和功耗之間進行合理權衡，采用這些傳感器的視覺系統能夠在極低功耗模式下運行。該系列采用 1.4μm 堆疊式 BSI 技術，擁有 2000 萬分辨率、800 萬分辨率和 500 萬分辨率三種版本，且都支持 RGB 與黑白模式。?

目前，這三款產品均已實現量產?。SmartROI 功能使 AMR 能夠同時感知兩個感興趣區域，其目標應用包括視頻會議、機器人、機器視覺、AR/VR 以及 AMR 等場景?。

Hyperlux LH

Hyperlux LH 系列專為工業及消費應用環境中的高性能應用而設計。由于具備高動態范圍 (HDR) 特性，在混合光照條件下，其 HDR 可達 120dB，因此在低光照環境下表現出色。該系列還采用了 2.0 μm 堆疊式 BSI 像素，具有低噪聲和高靈敏度?特性。此外，Hyperlux LH 可應用于汽車行車記錄儀、安防攝像頭和機器人領域。

目前，該系列已量產的產品有 800 萬分辨率和 200 萬分辨率兩款傳感器。其中，采用 2.0 μm 堆疊式 BSI 技術的 800 萬分辨率版本支持 RGB 和黑白模式，而 200 萬分辨率版本僅支持 RGB 模式?。這兩款產品均支持運動喚醒 (WOM) 功能，可進一步降低功耗。傳感器能夠在需要時開啟，不需要時關閉。嵌入式 eHDR 技術有效解決了線纜與 SoC 帶寬限制所帶來的瓶頸問題?。

Hyperlux

Hyperlux 系列在高動態范圍性能方面表現卓越，支持高達 150 dB 的動態范圍且無 LED 閃爍現象。其目標應用包括汽車行車記錄儀、自動引導車輛 (AGV)、機器人配送、自動駕駛汽車及 AMR 等。

安森美的全局快門圖像傳感器

Python

Python 系列采用獨特的像素架構，能夠實現感興趣區域處理速度的二次方級提升，性能遠超競品?。該系列提供了出色的圖像質量、高速 10 位低功耗架構及占位兼容方案?。

其先進的 4.5/4.8 μm 全局快門 CMOS 設計確保了高性能、低噪聲以及約 60 dB 的動態范圍，而 GS FSI 方案則支持高速圖像讀出?。Python 系列覆蓋 11 種分辨率，從 VGA 至 2500 萬分辨率不等，主要用于機器人相關機器視覺應用場景。

XGS

XGS 系列是 Python 系列的迭代產品?，采用 3.2 微米像素，提供從 200 萬分辨率到 4500 萬分辨率的 11 種分辨率選項，應用范圍廣泛。該系列具有方形與矩形兩種縱橫比，能夠最大限度地利用視場角(FOV)。該系列提供多種分辨率和速度等級，是一種經濟高效的成像方案。

其主要優勢包括全引腳兼容性、較短的產品上市時間，以及兩種占位?形式，支持從 200 萬分辨率到 4500 萬分辨率的所有分辨率。與競品相比，XGS 系列的所有產品功耗降低了多達 2 倍，這使得熱管理更加容易，對傳感器性能（暗電流、讀出噪聲等）的影響更小，同時也降低了配套電子元件的成本?。

Hyperlux SG

Hyperlux SG 系列以其緊湊的外形尺寸、業界領先的全局快門效率及 120 幀/秒的高速成像能力脫穎而出。與前代產品相比，其全局快門效率 (GSE) 提高了 2 倍，非常適合捕捉移動物體。該系列專為工業應用設計，具備可編程/可切換的感興趣區域、嵌入式自動曝光控制以及用于精確主動照明的觸發/頻閃光源控制等功能，同時保持了低功耗特性。

Hyperlux SG 系列提供 VGA、100 萬分辨率及 230 萬分辨率選項?，適用于掃描設備、機器人、AMR、AR/VR 以及生物識別等應用場景。目前，該系列的所有版本均已量產?。

深度感知

在深度感知方面，智能 iToF 傳感器集成了深度建圖功能?，無需昂貴的外部深度計算處理器，能夠進行無延遲的實時計算。iToF 傳感器采用全局快門，所捕獲的圖像無運動偽影?。安森美的 120 萬分辨率 iToF 傳感器在分辨率方面處于業界領先水平。此外，它能夠以極高的精度覆蓋 30 至 50 厘米的短距離及 10 至 20 米的長距離范圍。

SWIR

2024 年 7 月，安森美收購?了 SWIR Vision Systems 公司，該公司擁有基于膠體量子點 (CQD) 技術的 CMOS 短波紅外SWIR 傳感器專利。與基于 InGaAs 的傳統 SWIR（波長范圍 900 nm 至 1700 nm）相比，安森美 SWIR 傳感器覆蓋的光譜范圍更寬（400 nm 至 2100 nm）。此外，安森美的 SWIR 系列傳感器屬于 EAR99 類別，與受 ITAR 管制的 InGaAs SWIR 傳感器相比，出口更為便捷。目前，已推出的 SWIR 產品有 BGA 封裝、100 萬分辨率及 200 萬分辨率的攝像頭，更多產品正在研發中。

案例研究與應用

安森美為機器人和 AMR 領域提供了豐富多樣的圖像傳感器產品組合。采用全局快門的 SLAM 技術與 iToF 相結合，使 AMR 能夠在倉庫和工廠等復雜環境中實現精確導航，即使環境中存在移動物體，也能確保準確的地圖構建。iToF 提供精確的深度感知，用于檢測距離和障礙物。

在避障方面，Hyperlux 系列的卷簾快門與高動態范圍技術能在動態環境下提供高精度的感知能力，使 AMR 能夠在低照度條件下工作并避開障礙物。安森美的圖像傳感器具有全局快門、高速與低功耗特性，非常適合用于庫存倉庫和裝配線上進行讀碼，有助于提高操作的準確性與效率?。

圖 1. AMR 應用場景和推薦傳感器

安森美始終處于新型傳感器研發的前沿

圖像傳感器對機器人與 AMR 至關重要，它們使機器人能夠在動態環境中導航并實時適應環境變化。三維建圖、立體成像、iToF 及高動態范圍技術協同作用?，提升了深度檢測、避障和條形碼讀取的準確性。實現高精度圖像感知系統需要在 AMR 中安裝各種傳感器，這些傳感器需根據具體的應用場景與用戶需求?進行定制。

目前，AMR 可能需要配置 3 至 4 個傳感器，但隨著未來技術趨勢的發展和客戶需求的變化，這一數量可能會有所改變。安森美在傳感器的研發方面處于領先地位。我們的 Hyperlux 傳感器具備低功耗、小尺寸和適用于工業及消費應用的多功能性等特點。另外，安森美還推出了能夠檢測可見光譜以外光線的 SWIR 傳感器。這些創新成果體現了安森美致力于不斷創新以推動圖像感知技術的發展。