Pe măsură ce nevoia de imagini mai rapide și mai precise continuă să crească, determinată în parte de evoluțiile din domeniul analizei și inteligenței artificiale (AI), a apărut o nouă generație de sisteme avansate de viziune. Aceste sisteme sunt construite în jurul senzorilor cu obturator global (global shutter) de mare viteză, cu imagine completă. Obturatoarele globale sunt vitale deoarece pot capta o imagine completă și instantanee a subiectului.
Prin eliminarea multora dintre artefactele vizuale obișnuite asociate cu sistemele de viziune, cum ar fi oscilații sau vibrații (wobble), deformări (skew) și suprapuneri sau interferențe spațiale (spatial aliasing), sistemele bazate pe obturator global asigură o eficiență operațională sporită prin îmbunătățirea vitezei și preciziei. Pentru aplicații precum scanarea codurilor de bare, viziune artificială (MV – Machine Vision) și roboți mobili autonomi (AMR – Autonomous Mobile Robots), obturatorul global devine rapid tehnologia de imagistică preferată.
Obturatoare globale: Avantaje și caracteristici
Figura 1: Aplicații pentru obturatoarele globale. (Sursă imagine: onsemi)
Senzorii de imagine cu obturator global captează simultan toți pixelii lor. Spre deosebire de senzorii de imagine cu obturator rulant (rolling shutter), care scanează scena linie cu linie, senzorii de imagine cu obturator global asigură captarea unei imagini fără distorsiuni.
Această operare sincronizată este deosebit de avantajoasă pentru scenariile care implică obiecte aflate în mișcare rapidă, cum ar fi în cazul unei linii de asamblare dintr-o fabrică, unde produsele trec rapid pe lângă cameră. Cu un senzor de imagine cu obturator global, fiecare pixel înregistrează scena exact în același moment, rezultând imagini clare, nedistorsionate. Această capabilitate este esențială pentru aplicații precum scanarea codurilor de bare, viziunea artificială, tehnologia AMR și controlul AR/VR, unde captarea precisă a codurilor de bare de pe obiecte în mișcare este esențială.
Scanere de coduri de bare
Codurile de bare există pentru a codifica eficient datele pentru sarcini de scanare rapide și fiabile, cum ar fi inventarierea și procesarea comenzilor. Probabil că toată lumea a văzut sau a experimentat un scenariu în care scanarea unui cod de bare a eșuat și, prin urmare, a trebuit să fie reluată scanarea, provocând ineficiență. Obturatoarele globale pot elimina majoritatea erorilor și inexactităților în citirea codurilor de bare, dar numai dacă aceste scanări elimină lumina nedorită. O modalitate cantitativă de a evalua cât de bine funcționează un senzor cu obturator global este utilizarea unui parametru numit eficiența obturatorului global (GSE – Global Shutter Efficiency). Cu cât GSE este mai mare, cu atât mai bine suprimă lumina nedorită, îmbunătățind astfel viteza proceselor și eliminând necesitatea intervenției umane și/sau a reluarea scanării.
Roboți mobili autonomi (AMR)
Figura 2: Aplicații pentru senzorii de imagine cu obturator global de la onsemi. (Sursă imagine: onsemi)
Senzorii de imagine cu obturator global, utilizați într-o configurație stereo, permit aplicații de localizare și cartografiere simultană (SLAM) bazate pe viziune, care ajută la planificarea traseului în fabrici și depozite sau la evitarea coliziunilor cu obstacole. Senzorii permit AMR-urilor să navigheze eficient și în siguranță în diverse medii complexe.
Realitate virtuală (VR), realitate augmentată (AR) și realitate mixtă (MR)
Imaginile obținute cu obturator global facilitează sincronizarea intrărilor din mai multe surse și pot oferi, adesea, rate de cadre mai rapide. Aceste capabilități ajută la crearea unor experiențe VR, AR și MR mai bune și mai plăcute.
Soluție cu obturator global pentru viziune artificială
onsemi a dezvoltat o familie de senzori cu obturator global denumită Hyperlux SG. Familia constă din trei senzori de imagine, ARX383, AR0145 și AR0235. Acești senzori valorifică avantajele obturatorului global și oferă funcționalități specifice, ideale pentru o serie de aplicații cheie.
Acești senzori permit SLAM bazat pe viziune și ajută la planificarea traseului în fabrici și depozite, precum și la evitarea coliziunilor cu obstacole. Ei permit AMR-urilor să navigheze eficient și în siguranță în diverse medii.
Figura 3: Familia onsemi Hyperlux SG. (Sursă imagine: onsemi)
Senzorii de imagine Hyperlux SG oferă cea mai bună eficiență din clasa lor pentru scanarea codurilor de bare și alte aplicații precum AV/VR/MR datorită unui GSE îmbunătățit. Un GSE puternic și o rată de cadre ridicată contribuie, de asemenea, la asigurarea unei fidelități și a unei calități excelente a imaginii, care este esențială pentru aceste aplicații. În plus, disponibilitatea opțiunilor privind un consum redus de putere și a modurilor de subeșantionare permit utilizatorilor să personalizeze calitatea imaginii pentru a răspunde nevoilor specifice aplicațiilor. În plus, acești senzori pot contribui la crearea de modele 3D și hărți de adâncime, permițând captarea sincronizată a imaginilor din mai multe perspective.
AR0235 oferă cea mai mare rezoluție din familia Hyperlux SG. Acesta este un senzor de imagine digital CMOS de 1/2,8 inch, 2,3 Mp, cu o matrice de pixeli activi de 1920 (H) × 1200 (V). Se distinge prin încorporarea unui design de pixeli cu obturator global optimizat pentru captarea precisă și rapidă a scenelor în mișcare, chiar și la 120 de cadre pe secundă. Realizează acest lucru în timp ce oferă rezoluție completă și imagini clare, cu zgomot mic, în condiții de iluminare redusă, luminoasă sau mixtă.
Senzorul AR0235 excelează în gestionarea vitezelor unghiulare mari, reducând semnificativ artefactele de mișcare. GSE-ul său optimizat demonstrează o dublare a performanțelor față de generațiile anterioare. Aceste progrese îl fac extrem de eficient pentru captarea imaginilor și înregistrarea video a obiectelor care se mișcă rapid.
Figura 4: Senzorul de imagine AR0235 de la onsemi. (Sursă imagine: onsemi)
Construcția senzorului AR0235 îl recomandă, totodată, pentru aplicații industriale. Deși senzorii cu obturator global au fost utilizați pe scară largă pentru aplicații de scanare a codurilor de bare, caracteristicile lor unice le permit să se adapteze multor contexte industriale. De exemplu, capabilitățile de captare a imaginilor cu precizie și rapiditate ale AR0235 sunt ideale pentru detectarea defectelor și menținerea unor standarde de calitate uniforme. Progresul constant al Industriei 4.0 – îmbinarea tehnologiilor precum AI și robotica avansată – implică mult mai multe aplicații potențiale pentru AR0235, în viitor.
Grație unui portofoliu complet de senzori de imagine, de la VGA până la 2,3 MP, onsemi poate oferi senzorul potrivit pentru aplicații diverse, în care obiectele se mișcă rapid. Familia Hyperlux SG de la onsemi oferă GSE de top la nivel industrial și rate de cadre de mare viteză. Aceste caracteristici permit clienților să proiecteze camere fiabile care captează imagini de înaltă calitate fără artefacte de mișcare.
Eficiență îmbunătățită a obturatorului global: Comparativ cu produsele din generația anterioară, senzorii Hyperlux SG oferă o dublare a eficienței obturatorului global. Acest progres asigură o sincronizare precisă între expunere și citire, minimizând artefactele de mișcare.
Performanță la viteze mari: Cu o viteză de captare a imaginilor de 120 de cadre pe secundă, senzorii Hyperlux SG oferă imagini clare, fără distorsiuni, chiar și în medii cu flux intens.
Factori de formă compacți: Senzorii Hyperlux SG sunt proiectați cu factori de formă mici, ceea ce îi face ideali pentru instalațiile cu spațiu limitat. Designul lor compact permite o integrare perfectă în diverse dispozitive și sisteme.
Consum eficient de energie: Acești senzori prioritizează eficiența energetică. Consumând mai puțină energie în timpul operării, ei contribuie la prelungirea duratei de viață a bateriei și la reducerea cerințelor energetice generale ale sistemului.
Funcție de expunere automată: Funcția de expunere automată încorporată asigură o calitate optimă a imaginii, în special atunci când este vorba de subiecți care se mișcă rapid. Aceasta ajută, în mod dinamic, setările de expunere, permițându-vă să vă axați pe captarea momentelor critice fără intervenție manuală.
onsemi stimulează inovarea pentru a contribui la clădirea unui viitor mai bun. Cu accent pe piețele industriale, compania accelerează progresele în numeroase aplicații și piețe, inclusiv scanarea codurilor de bare, viziunea artificială, AMR și AR/VR.
Progresele în tehnologia obturatorului global, așa cum se vede în familia de senzori de imagine Hyperlux SG de la onsemi, joacă un rol esențial în îmbunătățirea eficienței și preciziei sistemelor moderne de viziune. Cu caracteristici precum GSE ridicat, rate rapide ale cadrelor și abilitatea de a gestiona obiecte care se deplasează la viteze mari, fără distorsiuni, acești senzori sunt potriviți pentru o gamă largă de aplicații, de la scanarea codurilor de bare și viziune artificială la sisteme AMR și AR/VR.
Designul eficient din punct de vedere energetic și forma compactă îi fac o opțiune ideală pentru integrarea în sisteme cu restricții de spațiu, cu un consum redus de energie și inteligente. Impactul senzorilor asupra industriei este deja considerabil, dar pe măsură ce automatizarea și procesele bazate pe AI continuă să crească, importanța senzorilor cu obturator global va deveni și mai pronunțată.
Autor: Daniel Noguchi,
Sr. Product Marketing Manager, onsemi
Daniel Noguchi este Senior Product Marketing Manager la divizia de senzori industriali și comerciali a companiei onsemi. Cariera sa în domenii legate de imagistică a început la Aptina în ianuarie 2007, continuând apoi la BAE Systems și la divizia de soluții auto a onsemi. În acest din urmă departament, a gestionat marketingul produselor pentru senzorii de viziune și senzorii cu obturator global utilizați în sistemele de monitorizare a șoferului. Înainte de a lucra la Aptina, Daniel a fost director de marketing pentru produsele NAND flash la Micron. Daniel are o diplomă de master în economie obținută la Universitatea de Stat din San Francisco.
