3D傳感，開啟人臉識別市場新天地

蘋果手機首次引入3D傳感技術(shù)用于人臉識別之后，各大手機品牌紛紛表示將增加3D傳感模塊。打破技術(shù)壁壘，ams已經(jīng)能提供全面的3D 傳感解決方案，包括 VCSEL和WLO在內(nèi)的核心組件產(chǎn)品線，同時ams也具備從WLO介入VCSEL和CIS芯片（集成Filter）的能力。除了用于人臉識別、ams先進的3D傳感藍圖還將擴展至身份驗證和高精度的深度感知應(yīng)用、汽車3D傳感攝像頭系統(tǒng)市場。

???iPhone X 的 3D 攝像頭采用的是紅外 3D 結(jié)構(gòu)光方案，包含「紅外光源+光學組件+紅外傳感器」等部分，其中最關(guān)鍵的部分就是紅外光源。早期 3D 傳感系統(tǒng)一般都使用 LED 作為紅外光源，但是隨著 VCSEL 芯片技術(shù)的成熟，在精確度、小型化、低功耗、可靠性等角度全方面占優(yōu)，因而現(xiàn)在常見的 3D 攝像頭系統(tǒng)一般都采用 VCSEL 作為紅外光源。

3D視覺測量原理

要談3D視覺應(yīng)用方案，就必須先弄清楚光學測量分類以及其原理。光學測量分為主動測距法和被動測距法。

主動測距方法的基本思想是利用特定的、人為控制光源和聲源對物體目標進行照射，根據(jù)物體表面的反射特性及光學、聲學特性來獲取目標的三維信息。其特點是具有較高的測距精度、抗干擾能力和實時性，具有代表性的主動測距方法有結(jié)構(gòu)光法、飛行時間法、和三角測距法。

1. 主動測距法

（1）結(jié)構(gòu)光法

根據(jù)投影光束形態(tài)的不同，結(jié)構(gòu)光法又可分為光點式結(jié)構(gòu)光法、光條式結(jié)構(gòu)光法和光面式結(jié)構(gòu)光法等。

目前應(yīng)用中較廣，且在深度測量中具有明顯優(yōu)勢的方法是面結(jié)構(gòu)光測量法。面結(jié)構(gòu)光測量將各種模式的面結(jié)構(gòu)投影到被測物體上，例如將分布較密集的均勻光柵投影到被測物體上面，由于被測物體表面凹凸不平，具有不同的深度，所以表面反射回來的光柵條紋會隨著表面不同的深度發(fā)生畸變，這個過程可以看作是由物體表面的深度信息對光柵的條紋進行調(diào)制。所以被測物體的表面信息也就被調(diào)制在反射回來的光柵之中。通過被測物體反射回來的光柵與參考光柵之間的幾何關(guān)系，分析得到每一個被測點之間的高度差和深度信息。

結(jié)構(gòu)光的優(yōu)點是計算簡單，測量精度較高，對于平坦的、無明顯紋理和形狀變化的表面區(qū)域都可進行精密的測量。其缺點是對設(shè)備和外界光線要求高，造價昂貴。目前，結(jié)構(gòu)光法主要應(yīng)用在條件良好的室內(nèi)。

（2）飛行時間法（ToF）

飛行時間（Time of Flight，簡稱ToF）法，又叫做激光雷達（LiDAR）測距法。它將脈沖激光信號投射到物體表面，反射信號沿幾乎相同路徑反向傳至接收器，利用發(fā)射和接收脈沖激光信號的時間差可實現(xiàn)被測量表面每個像素的距離測量。

ToF直接利用光傳播特性，不需要進行灰度圖像的獲取與分析，因此距離的獲取不受物體表面性質(zhì)的影響，可快速準確地獲取景物表面完整的三維信息。缺點則是需要較復雜的光電設(shè)備，價格偏貴。

（3）三角測距法

三角測距法又稱主動三角法，是基于光學三角原理，根據(jù)光源、物體和檢測器三者之間的幾何成像關(guān)系來確定空間物體各點的三維坐標。在實際測量過程中，它常用激光作為光源，用CCD相機作為檢測器。這種方式主要用于工業(yè)勘探、工件表面粗糙度檢測、輪胎檢測、飛機檢測等工業(yè)、航空、軍事領(lǐng)域，在消費電子類產(chǎn)品還不曾涉及。

基于激光三角法測量系統(tǒng)簡圖

2. 被動測距法

被動測距技術(shù)不需要人為地設(shè)置輻射源，只利用場景在自然光照下的二維圖像來重建景物的三維信息，具有適應(yīng)性強、實現(xiàn)手段靈活、造價低的優(yōu)點。但是這種方法是用低維信號來計算高維信號的，所以其使用的算法復雜。被動測距按照使用的視覺傳感器數(shù)量可分為單目視覺、雙目立體視覺和多目視覺三大類。

（1）單目視覺

單目視覺是指僅利用一臺照相機拍攝一張相片來進行測量。因僅需要一臺相機，所以該方法的優(yōu)點是結(jié)構(gòu)簡單、相機標定容易，同時還避免了立體視覺的小視場問題和匹配困難問題。

單目視覺測量示意圖

單目視覺方法又可分聚焦法和離焦法兩類。聚焦法是指首先使相機相對于被測點處于聚焦位置，然后根據(jù)透鏡成像公式求得被測點相對于相機的距離。相機偏離聚焦位置會帶來測量誤差，因此尋求精確的聚焦位置是關(guān)鍵所在。而離焦法不要求相機相對于被測點處于聚焦位置，而是根據(jù)標定出的離焦模型計算被測點相對于相機的距離，這樣就避免了由于尋求精確的聚焦位置而降低測量效率的問題，但離焦模型的準確標定是該方法的主要難點。

（2）雙目立體視覺

雙目立體視覺的基本原理是從兩個視點觀察同一景物，以獲取在不同視角下的感知圖像，然后通過三角測量原理計算圖像像素間的位置偏差（視差）來獲取景物的三維信息。這一過程與人類視覺感知過程是類似的。

雙目立體視覺測量示意圖

在雙目立體視覺系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)中，通常采用兩個攝像機作為視覺信號的采集設(shè)備，通過雙輸入通道圖像采集卡與計算機連接，把攝像機采集到的模擬信號經(jīng)過采樣、濾波、強化、模數(shù)轉(zhuǎn)換，最終向計算機提供圖像數(shù)據(jù)。一個完整的雙目立體視覺系統(tǒng)通?？煞譃閿?shù)字圖像采集、相機標定、圖像預處理與特征提取、圖像校正、立體匹配、三維重建六大部分。

（3）多目立體視覺

多目立體視覺系統(tǒng)是對雙目視覺系統(tǒng)的一種拓展。所謂多目立體視覺系統(tǒng)，就是采用多個攝像機設(shè)置于多個視點，或者由一個攝像機從多個視點觀測三維景物的視覺系統(tǒng)。

多目視覺測量示意圖

對多目系統(tǒng)所采集到的景物圖像進行感知、識別和理解的技術(shù)被稱為多目立體視覺系統(tǒng)技術(shù)。在雙目立體視覺中，對于給定的物體距離，視差與基線長度成正比，基線越長，對距離的計算越精確。但是當基線過長時，需要在相對較大的視覺范圍內(nèi)進行搜索，從而增加計算量。利用多基線立體匹配是消除誤匹配、提高視差測量準確性的有效方法之?；€數(shù)目的增加可以通過增加相機來實現(xiàn)。???

光譜傳感器，看透電商和消費應(yīng)用趨勢

ams擁有全面的光譜傳感器類型：精確的XYZ三刺激顏色傳感器AS7261、多通道光譜傳感器芯片AS7262 和AS7263、能精確測量具有重大生物學意義藍光的AS7264N、全頻譜18通道可見光和近紅外解決方案AS7265x。應(yīng)用領(lǐng)域包括食物分析、個人健康、顏色匹配、膚色分析……這不就是光譜傳感器應(yīng)用啟示錄嘛~

高性能傳感器解決方案和模擬IC供應(yīng)商艾邁斯半導體公司AMS推出“全球首款經(jīng)濟型多光譜傳感器芯片系列解決方案”，為新一代消費及工業(yè)應(yīng)用的光譜分析儀開辟了新的發(fā)展道路。

可見光和近紅外光數(shù)字多光譜傳感器芯片

低功耗的可見光譜傳感器AS7262和近紅外光譜傳感器AS7263尺寸大小約為4.5 x 4.4mm，均提供六個校準光譜通道。據(jù)開發(fā)人員介紹，多光譜傳感器能夠為廣泛的消費和實際領(lǐng)域應(yīng)用提供新的檢測和使用途徑，例如材料和產(chǎn)品鑒定、產(chǎn)品質(zhì)量與完整性評估以及近紅外和可見光波段的材料分析。

AMS公司美國新興傳感器系統(tǒng)的市場總監(jiān)Jean Francois表示：“通過常見的方式將傳感器集成到手機或者平板電腦中已經(jīng)成為移動設(shè)備的發(fā)展潮流之一，AS7262和AS7263兩款型號傳感器的推出打開了芯片級光譜分析的大門，預示著光譜傳感技術(shù)革新時代的到來?！?/p>

“我們的傳感器可大幅降低光譜分析設(shè)備的體積和尺寸，從而將實驗室技術(shù)轉(zhuǎn)化為令人難以置信的各種新型應(yīng)用，包括食品安全、產(chǎn)品認證以及常規(guī)測試等諸多領(lǐng)域?！?/p>

直接沉積技術(shù)

AMS公司的多光譜傳感器采用最新制造技術(shù)，可以將納米光學干涉濾光片直接沉積在CMOS硅芯片上。這種干涉濾光片技術(shù)可以大幅度提高傳感器的精確度和可復現(xiàn)的濾光特性，具有很好的時間和溫度穩(wěn)定性，而且成本比現(xiàn)今市場上常見的光譜分析儀組件更為低廉。

在CMOS硅基芯片上直接沉積納米光學干涉濾光片

集成智能功能的六通道可見光傳感器AS7262通過I2C或者UART接口實現(xiàn)標準的數(shù)字信號輸出?？梢詫崿F(xiàn)可見光波段六個波長的光強度測量：450nm、500nm、550nm、570nm、600nm及650nm。AS7263傳感器工作在近紅外波段，可以檢測610nm、680nm、730nm、760nm、810nm和860nm處的紅外光譜特征。這兩款芯片都配備了LED驅(qū)動電路的電子快門，因此開發(fā)者利用單個芯片便可以實現(xiàn)光源強度的精確控制和光譜感測功能。

智能照明，光譜傳感器很重要

目前照明產(chǎn)業(yè)大力正在大力推動智能照明在各方面的應(yīng)用，感覺“智能照明”離居家標配不遠了。廠商要想在智能照明的競爭中脫穎而出，具有數(shù)字化附加值的傳感器是關(guān)鍵，精準可靠的光譜傳感器，是智能照明系統(tǒng)中不可或缺的組件。以ams推出的AS7225為例，AS7225可以靈活地集成進照明設(shè)備、光引擎和更廣泛的現(xiàn)有燈具替換品，為燈具內(nèi)部自帶的暖色和冷色白光LED燈串提供精準的CCT調(diào)節(jié)管理。

ANC技術(shù)，掀起一場耳機革命

主動降噪功能可讓您聽到一切想聽的聲音，屏蔽其他不想聽到的聲音，為了不讓噪音影響聽覺體驗，各大高端耳機廠商紛紛引入ANC技術(shù)。ams可以提供業(yè)界一流的高性能ANC解決方案，最小的PCB占位面積，極低功耗，其內(nèi)部集成信號旁路去除外部開關(guān)，主動降噪的功耗相比同類解決方案降低50%，這是怎樣的高性能??！

ANC技術(shù)的原理并不深奧，高中物理就教過，就是波的干涉。如果大家對高考復習還記憶猶新的話，一定還記得如果兩列波幅度相同，相位相反，則它們干涉的結(jié)果是互相抵消，看不到波了！

講完了高中物理，我們再講講初中物理：初中物理里面提到，聲音也是一種波，可以在各種介質(zhì)中傳播。換句話說，聲波也能干涉，如果我們利用好這一特性，就可以把一些不想聽到的聲波用干涉抵消掉（或者至少減小幅度）。利用這一點，我們就可以使用抵消的辦法來消除噪聲。

常見的有源噪聲消除耳機如下圖所示，麥克風采樣外部噪聲，改采樣到的噪聲經(jīng)過有源噪聲抵消電路處理后，產(chǎn)生一個和采樣到的噪聲相位相反，且幅度合適的“反”噪聲，并送入耳機的揚聲器，于是噪聲在人的耳朵前就被抵消了，帶耳機的人只能聽到音樂，而聽不到噪聲。

如果把系統(tǒng)畫成信號流圖，就是下圖，噪聲在麥克風采樣后進入信號處理電路，產(chǎn)生“反”噪聲，并與音樂一起送進耳機內(nèi)。這種模式稱為前饋有源噪聲消除。

然而，前饋噪聲消除有一個問題。大家一定試過對著麥克風吹氣吧！對著麥克風吹氣可以在麥克風輸出的地方產(chǎn)生很大的聲音，但是這個吹氣的聲音你把麥克風拿走是聽不到的。同樣的，在前饋有源噪聲消除中，如果在采樣麥克風附近有風在吹，那么麥克風有可能會產(chǎn)生很大的反噪聲，但其實這個吹風的聲音人是聽不到的！換句話說，如果麥克風處有風在吹（風噪），麥克風會認為環(huán)境噪聲很大，但是人其實聽不到任何噪聲，這樣麥克風的誤報反而會產(chǎn)生更大的噪聲！

為了解決這個問題，可以使用反饋有源噪聲消除，如下圖所示。

在反饋有源噪聲消除方案中，麥克風采樣的不是直接的環(huán)境噪聲，而是耳機輸出處的聲音，顯然這里的聲音包括了音樂和環(huán)境噪聲。那么如何選擇性地抵消掉噪聲但是保留音樂呢？就需要把這里采樣到的聲音減去音樂，這樣剩下的信號就全是噪聲了；然后再根據(jù)這個噪聲去產(chǎn)生噪聲抵消信號。這樣做的話，就不會有風噪問題。然而，這里又有一個新問題，就是反饋系統(tǒng)通常帶寬會遠小于前饋系統(tǒng)，因此使用反饋模式的有源噪聲消除對于高頻噪聲的抵消作用有限。

既然兩種方案各有利弊，那么把它們結(jié)合起來如何？這就是混合模式的有源噪聲消除，既使用前饋又使用反饋，系統(tǒng)設(shè)計得當?shù)脑捒梢該P長避短，即避免風噪又能抵消高頻噪聲。

環(huán)境傳感方案，評價環(huán)境質(zhì)量“真全準”

環(huán)境傳感器是ams四大核心傳感器之一，擁有全面的傳感器產(chǎn)品線，包括混合氧化物氣體傳感，紅外線氣體/占位監(jiān)測，相對濕度傳感器，壓力傳感器，溫度傳感器，憑借高精度高集成度的特點，家居/建筑自動化、工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和汽車、醫(yī)療這些新興應(yīng)用市場都不在話下。

ENS210，能夠提供精確、預校準的環(huán)境溫度和相對濕度測量。這款傳感器提供溫度測量數(shù)字輸出，據(jù)稱其溫度測量在0~70°C范圍內(nèi)，精度可達±0.2°C，其相對濕度數(shù)字輸出精度為±3.5%。

ENS210單芯片傳感器Demo板

傳感器產(chǎn)業(yè)已經(jīng)由模擬時代朝數(shù)字系統(tǒng)發(fā)展，這使得傳感器的尺寸更小，功耗更低。此前，這類傳感器主要面向工業(yè)應(yīng)用，但是現(xiàn)在，它們可以應(yīng)用于消費類產(chǎn)品。

ENS210單芯片包含控制邏輯電路和敏感元件。該傳感器采用獨特的封裝技術(shù)，傳感器芯片由塑料腔體封裝，外觀尺寸為2 x 2 x 0.75mm。其微型尺寸足以設(shè)計應(yīng)用于智能手機和可穿戴設(shè)備，如健康監(jiān)測產(chǎn)品等。針對可穿戴產(chǎn)品的應(yīng)用，de Majo稱，這款傳感器可以使?jié)穸纫蛩丶{入整個健康評估體系中。

同時，這款傳感器還能夠與ams公司的CCS811或CCS801氣體傳感器匹配使用，提供一種室內(nèi)空氣質(zhì)量監(jiān)測解決方案。基于ams公司近期收購的Cambridge CMOS Sensors公司開發(fā)的微型熱板技術(shù)，氣體傳感器系統(tǒng)級芯片CCS811能夠探測室內(nèi)環(huán)境中的揮發(fā)性有機物（VOC）。它具有能夠運行ams算法的嵌入式微控制器，可將傳感器讀出的原始數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成等值總VOC和等值CO2測量數(shù)據(jù)。而ENS210測得的相對濕度和環(huán)境溫度數(shù)據(jù)，則能使系統(tǒng)通過針對環(huán)境變化的補償，校正CCS811傳感器的數(shù)字輸出。

汽車級位置傳感器，角度和線性測量的不二之選

汽車的磁位置傳感器承擔著實現(xiàn)精確位置測量數(shù)據(jù)的快速、安全傳輸?shù)淖饔茫ＷC發(fā)動機運動部件在正確的位置做正確動作和正確的狀態(tài)控制起著重要的作用。ams先進的磁位置傳感器可減少系統(tǒng)損耗并符合最嚴格的汽車標準（自我診斷、冗余、抗雜散磁場…），為汽車上各類嚴苛應(yīng)用（電子助力轉(zhuǎn)向、電子泵、啟動電機以及各類位置檢測應(yīng)用等）提供最理想的解決方案。

與ams 47系列的其他產(chǎn)品相同，新的AS5047P具有DAEC?（動態(tài)角度誤差補償）技術(shù)，即使在很高的轉(zhuǎn)速下也能精確測量角度。47系列磁性傳感器的高轉(zhuǎn)速性能和ABI增量輸出使其能夠完美取代光學編碼器?；?7系列開發(fā)的設(shè)計，系統(tǒng)總成本通常遠低于同等效果的光學編碼器或旋轉(zhuǎn)變壓器。

AS5047P傳感器的額定測量速度最大值由14，500rpm提升至28，000rpm，可應(yīng)用于以往需要使用光學編碼器的高轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)軸應(yīng)用中。

ams還增加了該器件增量ABI輸出的運行步數(shù)。47系列產(chǎn)品的ABI輸出與標準光學編碼器的輸出相同，因此電機控制系統(tǒng)設(shè)計者無需改變控制軟件或接口，就能使用ams磁性位置傳感器取代一個光學編碼器。AS5047P ABI輸出十進制模式下，每轉(zhuǎn)的最高分辨率可高達4，000步/1，000脈沖，二進制模式下ABI輸出最高分辨率則可達每轉(zhuǎn)4，096 步/1，024 脈沖。這意味磁性位置傳感器將可在更多應(yīng)用中取代光學編碼器。

另外，AS5047P的標準4線SPI串行接口能讓主微控制器讀取AS5047P內(nèi)的14位絕對角度位置數(shù)據(jù)，無需專門的編程器也能對非易失性設(shè)置進行編程。該器件還能同時提供標準UVW換向接口用于無刷直流電機，無需單獨的霍爾傳感器開關(guān)，提供單IC以支持電機定位與控制應(yīng)用。而PWM編碼輸出信號則可以提供絕對角度位置信息。

正如ams的其他磁性位置傳感器一樣，AS5047P對雜散磁場有極高的免疫力，也不會受到污垢、灰塵、油脂、濕氣及其他污染物的影響，而這些因素通常都會減弱光學編碼器的性能。

AS5047P具有的DAEC技術(shù)能夠補償由于傳感器處理磁場強度原始測量數(shù)據(jù)發(fā)生傳播延遲而導致的動態(tài)角度誤差。DAEC技術(shù)使得系統(tǒng)設(shè)計者無需在外部DSP或微控制器上使用單獨的誤差補償電路。該技術(shù)同時使AS5047P實現(xiàn)極高的精確度，在28，000rpm的持續(xù)轉(zhuǎn)速下，其最大誤差僅為 0.34°（不含非線性積分）。

無線解決方案 - 讓冷鏈物流不“斷鏈”

隨著RFID、NFC等各種連接方式的興起，給無線傳感器的發(fā)展提供了一個十分重要的機會。無線傳感器的一個應(yīng)用較多的領(lǐng)域是藥品/食品冷鏈追蹤，例如，ams的NFC傳感器標簽和數(shù)據(jù)記錄儀集成電路AS39513，可應(yīng)用于智能標簽中，實現(xiàn)對食品、藥品和醫(yī)療保健品儲存和運輸過程中的狀況高效和準確的監(jiān)控。

CMOS圖像傳感器，醫(yī)療內(nèi)窺新主張

ams的這款像素逆天的CMOS圖像傳感器CMV50000，是采用專利的8晶體管像素結(jié)構(gòu)制作而成的中片幅48M像素傳感器，像素大小為4.6μm，分辨率為7920 x 6002。高像素高分辨率是它主要的特色，此外，在全分辨率模式下光學動態(tài)范圍最高可達64dB，在二次抽樣為4K模式下光學動態(tài)范圍可達68dB。

NanEye 2D尺寸大小為1mm×1mm×1.5mm，體積不及一枚火柴頭。NanEye 2D提供真正的系統(tǒng)芯片攝像頭，具有完全自定時讀出排序 ，通過LVDS的 AD轉(zhuǎn)換為10位和位串行數(shù)據(jù)傳輸 。憑借小尺寸高性能的優(yōu)勢，這款產(chǎn)品可用于檢查膽管和胰腺的泌尿內(nèi)窺鏡。