安森美用半導(dǎo)體的方法將智能感知的挑戰(zhàn)移植到摩爾定律
2020-10-16 12:58:34 安森美
感知智能是指將物理世界的信號通過攝像頭、麥克風(fēng)或者其它傳感器的硬件設(shè)備，借助語音識別、圖像識別等前沿技術(shù)，映射到數(shù)字世界，再將這些數(shù)字信息進一步提升至可認知的層次，比如記憶、理解、規(guī)劃、決策等。安森美半導(dǎo)體在成像傳感器領(lǐng)域有超過40年的歷史，在技術(shù)進階和市場需求的趨勢推動下，通過一系列戰(zhàn)略性的兼并、并購，2014年，安森半導(dǎo)體專門成立了智能感知部門。雖然這個部門才成立六年，但成長速度卻相當(dāng)驚人。下面，我們來看看安森美半導(dǎo)體對智能感知行業(yè)的思考和未來的發(fā)展規(guī)劃。
隨著電力化和智能化的發(fā)展，傳統(tǒng)的汽車行業(yè)也有了翻天覆地的創(chuàng)新動力，特別是智能化，各種智能感知產(chǎn)品的應(yīng)用，使汽車變得更加安全、更加舒適。尤其是汽車自動駕駛功能，用戶已經(jīng)不僅僅是需要“可靠的汽車”，更需要“可信的汽車”，即相信它在一些緊急情況下能夠自己做出判斷，自己做決策，自己采取行動。相輝介紹說：“我們在汽車智能感知方面的成長速度，遠比汽車本身的成長速度要快得多，其原因就是汽車采用新技術(shù)的速度非常快！”
隨著汽車智能化、電子化的推進，自動駕駛已經(jīng)成為未來汽車發(fā)展的主流趨勢之一。未來的汽車更像是一個架在四個輪子上的且具有極其強有力的感知能力的計算機。從ADAS攝像頭、倒車攝像頭、環(huán)視360度，到監(jiān)控、電子車鏡、駕駛員監(jiān)控、乘務(wù)員監(jiān)控、車內(nèi)的、毫米波雷達和激光雷達，現(xiàn)在最好的汽車感知系統(tǒng)已經(jīng)遠遠超過人類的感知，能夠分分秒秒、時時刻刻不間斷地監(jiān)控周圍環(huán)境，這是人類駕駛員遠做不到的。易相輝表示，我們非常相信，未來的自動駕駛很可能會比人類駕駛更安全，其中很關(guān)鍵的因素之一就是它的感知系統(tǒng)越來越豐富，越來越全面，而且越來越強大。
汽車自動駕駛成像需要滿足多樣化的要求，包括外部感知、內(nèi)部感知和增強視覺。其中內(nèi)部感知將會是未來新興市場。如智能駕駛艙，從最早只是對駕駛員的疲勞監(jiān)控，逐漸地擴大到駕駛員，還進一步擴大到乘客的感知。當(dāng)前，汽車成像仍然面臨著非常多的挑戰(zhàn)，比較突出的有三個方面：一是超寬動態(tài)范圍，要能快速適應(yīng)從暗到亮的環(huán)境。二是環(huán)境條件。汽車可能會在寒冷的東北地區(qū)、高溫的沙漠地區(qū)、高濕度的南方地區(qū)行駛，要求汽車成像系統(tǒng)在惡劣環(huán)境中能正常工作。三是圖像傳感器要能辨別LED指示牌、交通燈。許多國家的公路已經(jīng)采用電子管控牌使用LED背光源，因閃爍頻率不同步，圖像傳感器有時會捕捉不到信號，對機器視覺造成挑戰(zhàn)。
國內(nèi)自動駕駛分級和國外基本接近，都是六級，從L0到L5，0級到5級，級別逐漸地提高，不管是傳感器的數(shù)量還是種類都是不斷地擴大增加。最大的一個分界點是從L3到L4。L3可以不用激光雷達，原因是L3在一些極限場景下需要駕駛員自己來操控；L4則一定要用激光雷達，而且一定要用到高清地圖，因為L4理論上就是駕駛員完全不需要操控了，完全是由機器來操作。第五級叫做limit off，已經(jīng)沒有任何局限的場景，任何場景都可以自動駕駛了。
從市場應(yīng)用來看，目前國內(nèi)的新車以L2、L3為主流，一些整車廠的高端品牌車已經(jīng)具備L2、L3的功能。自動駕駛，從L3到L4是逐漸過渡演變過來還是直接跳到L4？易繼輝判斷，L3到L4的過渡不太可能，非常難，通常是直接跳到L4。此外，L4、L5落地的商業(yè)模式已經(jīng)基本清晰，以前是以B2C的形式走消費類，現(xiàn)在基本都是B2B的模式，從商業(yè)車來切入，因只有商業(yè)車才能承受當(dāng)前智能感知較高的成本。
商用車主要可分為三大類，一是自動駕駛出租車，國內(nèi)現(xiàn)在18個城市發(fā)了自動駕駛的許可證，已經(jīng)有將近500輛全自動駕駛的出租車在路上跑，光百度就有將近200輛。很多自動駕駛車廠都是同時在美國拿到了許可證，并且在中國和美國兩地都有研發(fā)中心，在這個領(lǐng)域，國內(nèi)發(fā)展速度非常快。二是物流機器人，特別是新冠狀病毒疫情以后，物流機器人的應(yīng)用越來越普及。三是大型商業(yè)車，目前在美國、歐洲、中國都已經(jīng)有在路上開始跑的了。
在汽車行業(yè)，安森美半導(dǎo)體可以提供一整套的圖像傳感器方案，有超過十多年的技術(shù)投入。2019年，安森美半導(dǎo)體在汽車市場銷售了近一億顆傳感器。其中在汽車成像市場，安森美半導(dǎo)體在全球占>60%的市場份額；在汽車感知領(lǐng)域，包括人工智能和機器視覺用的感知系統(tǒng)，安森美半導(dǎo)體占全球>80%的市場份額，而且還在逐年擴大。據(jù)悉，安森美半導(dǎo)體有一項新技術(shù)，就是在傳統(tǒng)小像素旁邊開個大的蓄水池，把多余的電荷流到這邊，把整個光強量、信息量提高，增加動態(tài)范圍。目前，已經(jīng)逐漸將這個技術(shù)轉(zhuǎn)入企業(yè)傳感器中。此外，針對智能駕駛艙解決方案，安森美半導(dǎo)體也有兩款百萬像素的，在業(yè)界都非常受歡迎的。智能駕駛艙里的一個挑戰(zhàn)是，目前的攝像頭尺寸太大了，18×18cm3，最小的也是3×3cm3。而安森美半導(dǎo)體聯(lián)合合作伙伴，已經(jīng)成功開發(fā)了0.5×0.5cm3非常小型的攝像頭。易繼輝表示：“無論是圖像傳感器還是激光雷達，汽車絕對是一個最不容錯過的主戰(zhàn)場，隨著ADAS以及自動駕駛的不斷智能進階，對汽車感知的需求與日俱增。
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。安森美半導(dǎo)體可以提供全方位的智能感知方案，其中主要發(fā)力于汽車、機器視覺、邊緣人工智能這三大市場。在工業(yè)機器視覺領(lǐng)域，業(yè)界規(guī)模最大的兩家是安森美半導(dǎo)體和索尼，安森美半導(dǎo)體可提供從低端、中端一直到高端所有產(chǎn)品系列，且有很強的應(yīng)用支持。在邊緣人工智能領(lǐng)域，5G將帶來一些全新的應(yīng)用，比如遠程醫(yī)療、自動駕駛、V2X通信等，可以傳輸?shù)膱D像質(zhì)量和帶寬將比4G要大得多，這些都會相應(yīng)地帶來新的需求。易繼輝說到：“邊緣人工智能是新興市場，主要是由人工智能、5G、IoT等新技術(shù)導(dǎo)入后開發(fā)出新的應(yīng)用。這是非常有潛力的市場。在這些核心市場上，安森美半導(dǎo)體已經(jīng)做了非常長時間的布局和投入。比如安森美半導(dǎo)體的AR0230 HDR具有200萬像素及寬動態(tài)范圍，能提供高清晰的圖像質(zhì)量，進而提高AI的判斷精度，可應(yīng)用于無接觸付款以及飛機場、火車站、高鐵站等無接觸閘口。”
具體看機器視覺，這是一個很歷史悠久的行業(yè)，因為工業(yè)4.0時代，再加上自動化、人工智能的導(dǎo)入，使這個行業(yè)有了新的動力、新的活力，成長速度也非常快。特別是在中國，機器視覺這幾年的發(fā)展非常快。易繼輝介紹說，平板檢測是整個工業(yè)機器視覺行業(yè)中，對圖像傳感器最有挑戰(zhàn)性的應(yīng)用。在工業(yè)制造里，勞動生產(chǎn)率是降低成本很主要的因素，線路板檢測的勞動生產(chǎn)率，就是在固定單位時間內(nèi)所能檢測的線路板面積越大，勞動生產(chǎn)效率就會越高。相對圖像傳感器來講，單位時間內(nèi)收集信息量越大，生產(chǎn)效率就越高。它從1K、2K、4K一直到8K，像素在逐漸擴大。檢測過程分兩步：第一步是暗檢測，上電前主要檢測一些指紋、劃痕和其他物理上的問題；第二步是上電以后，特別是在OLED，加上最新的AMOLED（Active Matrix OLED）。LED是有一個亮板在后面作為發(fā)光源，而OLED，特別是AMOLED，它的每個像素都是一個單獨發(fā)光源。像素和像素之間發(fā)光的強度和色彩的均勻度都要能夠很準確地偵測出來，這就對圖像傳感器的要求非常高。
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