機器人和自動化技術正在重塑全球各行各業。從倉庫到醫療保健設施，這些技術顯著提升了生產力、效率和安全性，并實現運營狀態的可視化。圖像傳感器是該技術功能的核心，使機器人能夠感知周圍環境并與之交互。本文探討了圖像傳感器在機器人技術中的作用，并重點介紹了安森美 (onsemi) 在成像技術方面的最新進展。

移動機器人在現代工業中的作用

移動機器人處于自動化技術的前沿，助力各行業簡化運營流程。這些機器人主要分為兩類：自主移動機器人 (AMR) 和自動引導車輛 (AGV)。AMR 可獨立運行，無需人工干預即可適應動態環境。通過使用同步定位與地圖構建 (SLAM) 等先進的感知技術，AMR 能夠繪制周圍環境地圖、識別障礙物并自主導航，適合工廠、倉庫自動化等應用。

相比之下，AGV 依靠磁條或視覺跟蹤等外部引導系統沿固定路徑移動，因而適合裝配線、庫存管理等結構化環境，但靈活性不如 AMR。AGV 就像是沿著固定軌道行駛的火車，而 AMR 更像是能夠繞過障礙物的汽車。這種區別使 AMR 成為需要動態、適應性方案行業的首選。

圖 1：AMR 與 AGV 的區別

圖像傳感器如何賦能 AMR

AMR 依靠圖像傳感器執行環境導航、3D 地圖構建、避障、條碼讀取等任務。這些任務需要精確高效的感知能力。在 3D 地圖構建方面，AMR 利用立體成像、間接飛行時間 (iToF)、激光雷達等技術測量深度并構建詳細的環境地圖。深度感知使 AMR 能夠檢測物體（包括人類）并避免潛在危險，確保人機協作環境中的安全性。

避障是圖像傳感器或與深度傳感器共同實現的另一個重要功能。配備卷簾快門和/或全局快門、具備快速處理和高動態范圍 (HDR) 的傳感器，使 AMR 能夠識別障礙物并實時響應。高動態范圍技術在工廠或倉庫等混合光照環境中尤為重要，因為反射和陰影會增加視覺感知的復雜性。

此外，圖像傳感器還在條碼讀取方面發揮著關鍵作用，這是制造和物流中的常見任務。配備全局快門的低功耗傳感器在這些應用中表現出色，使 AMR 能夠快速準確地掃描和處理條碼。長時間高效運行的優勢進一步提升了其在高需求工業環境中的價值。

固定機器人及其應用

AMR 和 AGV 在移動機器人領域占據主導地位，固定機器人則在自動化領域發揮著重要作用。這些機器人固定在一個位置，執行拾取和分揀物體等任務。與移動機器人一樣，固定機器人也依賴圖像傳感器進行深度檢測和精確操作。先進的感知技術確保機器人即使在復雜的工業環境中也能準確地執行任務。

機器人技術增長的驅動因素

多種因素推動了機器人技術在各行業的快速普及。生產力是一項關鍵驅動因素，因為機器人可以長時間執行重復性任務而不會感到疲勞。能效是另一項顯著優勢，機器人消除了人為干預造成的延誤，使工人能夠專注于更高價值的活動。安全問題同樣重要，機器人接管了可能危及人類工人健康的危險任務。

為提高生產力、效率和安全性，大多數客戶希望獲取全面的數據，實現運營狀態的可視化。這些數據使客戶能夠進行深入分析，找到提高生產力的有效策略。借助詳細的可視化信息，客戶可以獲得有關運營狀況的寶貴參考信息，從而做出更明智的決策，實現性能優化。

機器人市場正迎來顯著增長，尤其是 AMR 領域。據行業分析師預測，2024 年至 2030 年間，AMR 的復合年增長率 (CAGR) 將達 16% 至 20%。這一增長得益于人工智能 (AI) 和自動化技術的進步，這些技術擴展了機器人的功能，還為創新帶來了新的機會。

安森美在機器人成像領域的貢獻

作為成像技術的領導者，安森美針對機器人需求開發了一系列創新圖像傳感器。公司產品系列包括卷簾快門和全局快門傳感器，以及專為深度感知和高動態范圍應用設計的方案。這些技術使機器人能夠更精確、高效、可靠地執行任務。

卷簾快門傳感器像素尺寸較小、靈敏度更高，非常適合需要在低光條件下提供成像細節的應用。然而，卷簾快門可能會引入運動偽影，這限制了它們在動態環境中的應用。相比之下，全局快門傳感器通過同時曝光所有像素消除了運動偽影，因而非常適合涉及移動物體、避障、讀取條碼等任務。

深度感知是安森美擅長的另一個技術領域。公司的 iToF 技術通過測量反射光的相位差確定深度，可覆蓋短距離（30 到 50 厘米）和長距離（最長 20 米），且具備高精度。

高動態范圍：增強視覺準確性

對于在嚴苛照明條件下運行的機器人來說，高動態范圍至關重要。高動態范圍傳感器捕捉多張曝光圖像以創建在視覺效果和技術細節都達到最佳狀態的圖像，確保機器人即使在高對比度或反射的區域也能清晰“看見”。高動態范圍有多種實現方式。例如，多曝光高動態范圍在低光環境中表現優異，但可能會產生運動偽影。大小像素高動態范圍可減少運動偽影，但易受 LED 閃爍的影響。名為“超級曝光”的多增益單次曝光模式結合了前兩種方法的優勢。高動態范圍技術的選擇取決于應用的具體要求。

Hyperlux 系列圖像傳感器

安森美擁有豐富的 Hyperlux 圖像傳感器系列，可滿足工業機器人的多樣化需求。這些傳感器集低功耗、高動態范圍和先進功能于一身，可提供卓越的性能。Hyperlux LP 系列專注于超低功耗，非常適合優先考慮能效的應用。Hyperlux LH 系列專為工業和消費環境而設計，提供 120 dB 高動態范圍，能夠在混合照明條件下實現卓越性能。Hyperlux SG 系列具有小巧的外形和業界領先的全局快門效率，適用于掃描、AR/VR 和 AMR 應用。

未來發展方向

圖像傳感器的未來發展方向包括提高分辨率、減小光學格式、增強動態范圍、降低功耗和提高精度。安森美正持續創新積極推動技術進步，確保其傳感器始終處于行業領先水平。

展望未來，人工智能與先進傳感器技術的融合將為機器人技術開啟新的可能性。從醫療保健到教育，這些技術進步將使機器人能夠在不同的環境中執行日益復雜的任務。隨著機器人成本的降低，其在服務行業和家庭應用中的普及率也將大幅提升。

圖像傳感器是現代機器人技術的基石，能夠以極高的精度完成 3D 地圖構建、避障等各種任務。安森美的創新傳感器技術（包括 Hyperlux 系列、iToF 方案和 SWIR 傳感器）正在推動機器人和自動化領域的下一輪技術革新。隨著這些技術的不斷發展，它們將擴展機器人的功能，為各行業創造新的機遇，并改善我們的工作和生活方式。