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。打破技術壁壘，ams已經能提供全面的3D 傳感解決方案，包括 VCSEL和WLO在內的核心組件產品線，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用、汽車3D傳感攝像頭系統市場。

???iPhone X 的 3D 攝像頭采用的是紅外 3D 結構光方案，包含「紅外光源+光學組件+紅外傳感器」等部分，其中最關鍵的部分就是紅外光源。早期 3D 傳感系統一般都使用 LED 作為紅外光源，但是隨著 VCSEL 芯片技術的成熟，在精確度、小型化、低功耗、可靠性等角度全方面占優，因而現在常見的 3D 攝像頭系統一般都采用 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構光法、飛行時間法、和三角測距法。

1. 主動測距法

（1）結構光法

根據投影光束形態的不同，結構光法又可分為光點式結構光法、光條式結構光法和光面式結構光法等。

目前應用中較廣，且在深度測量中具有明顯優勢的方法是面結構光測量法。面結構光測量將各種模式的面結構投影到被測物體上，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制。所以被測物體的表面信息也就被調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系，分析得到每一個被測點之間的高度差和深度信息。

結構光的優點是計算簡單，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域都可進行精密的測量。其缺點是對設備和外界光線要求高，造價昂貴。目前，結構光法主要應用在條件良好的室內。

（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，利用發射和接收脈沖激光信號的時間差可實現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，根據光源、物體和檢測器三者之間的幾何成像關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勘探、工件表面粗糙度檢測、輪胎檢測、飛機檢測等工業、航空、軍事領域，在消費電子類產品還不曾涉及。

基于激光三角法測量系統簡圖

2. 被動測距法

被動測距技術不需要人為地設置輻射源，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，具有適應性強、實現手段靈活、造價低的優點。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，所以該方法的優點是結構簡單、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的硬件結構中，通常采用兩個攝像機作為視覺信號的采集設備，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過采樣、濾波、強化、模數轉換，最終向計算機提供圖像數據。一個完整的雙目立體視覺系統通常可分為數字圖像采集、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

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

多目視覺測量示意圖

對多目系統所采集到的景物圖像進行感知、識別和理解的技術被稱為多目立體視覺系統技術。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。基線數目的增加可以通過增加相機來實現。???

光譜傳感器，看透電商和消費應用趨勢

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。應用領域包括食物分析、個人健康、顏色匹配、膚色分析……這不就是光譜傳感器應用啟示錄嘛~

高性能傳感器解決方案和模擬IC供應商艾邁斯半導體公司AMS推出“全球首款經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應用的光譜分析儀開辟了新的發展道路。

可見光和近紅外光數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。據開發人員介紹，多光譜傳感器能夠為廣泛的消費和實際領域應用提供新的檢測和使用途徑，例如材料和產品鑒定、產品質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的市場總監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成為移動設備的發展潮流之一，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革新時代的到來?！?/p>

“我們的傳感器可大幅降低光譜分析設備的體積和尺寸，從而將實驗室技術轉化為令人難以置信的各種新型應用，包括食品安全、產品認證以及常規測試等諸多領域?！?/p>

直接沉積技術

AMS公司的多光譜傳感器采用最新制造技術，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可以大幅度提高傳感器的精確度和可復現的濾光特性，具有很好的時間和溫度穩定性，而且成本比現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接口實現標準的數字信號輸出?？梢詫崿F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驅動電路的電子快門，因此開發者利用單個芯片便可以實現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

目前照明產業大力正在大力推動智能照明在各方面的應用，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，具有數字化附加值的傳感器是關鍵，精準可靠的光譜傳感器，是智能照明系統中不可或缺的組件。以ams推出的AS7225為例，AS7225可以靈活地集成進照明設備、光引擎和更廣泛的現有燈具替換品，為燈具內部自帶的暖色和冷色白光LED燈串提供精準的CCT調節管理。

ANC技術，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。ams可以提供業界一流的高性能ANC解決方案，最小的PCB占位面積，極低功耗，其內部集成信號旁路去除外部開關，主動降噪的功耗相比同類解決方案降低50%，這是怎樣的高性能啊！

ANC技術的原理并不深奧，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，改采樣到的噪聲經過有源噪聲抵消電路處理后，產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，產生“反”噪聲，并與音樂一起送進耳機內。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；然后再根據這個噪聲去產生噪聲抵消信號。這樣做的話，就不會有風噪問題。然而，這里又有一個新問題，就是反饋系統通常帶寬會遠小于前饋系統，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，系統設計得當的話可以揚長避短，即避免風噪又能抵消高頻噪聲。

環境傳感方案，評價環境質量“真全準”

環境傳感器是ams四大核心傳感器之一，擁有全面的傳感器產品線，包括混合氧化物氣體傳感，紅外線氣體/占位監測，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、工業物聯網和汽車、醫療這些新興應用市場都不在話下。

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

ENS210單芯片傳感器Demo板

傳感器產業已經由模擬時代朝數字系統發展，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應用，但是現在，它們可以應用于消費類產品。

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，傳感器芯片由塑料腔體封裝，外觀尺寸為2 x 2 x 0.75mm。其微型尺寸足以設計應用于智能手機和可穿戴設備，如健康監測產品等。針對可穿戴產品的應用，de Majo稱，這款傳感器可以使濕度因素納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，提供一種室內空氣質量監測解決方案。基于ams公司近期收購的Cambridge CMOS Sensors公司開發的微型熱板技術，氣體傳感器系統級芯片CCS811能夠探測室內環境中的揮發性有機物（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據轉換成等值總VOC和等值CO2測量數據。而ENS210測得的相對濕度和環境溫度數據，則能使系統通過針對環境變化的補償，校正CCS811傳感器的數字輸出。

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精確位置測量數據的快速、安全傳輸的作用，保證發動機運動部件在正確的位置做正確動作和正確的狀態控制起著重要的作用。ams先進的磁位置傳感器可減少系統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用（電子助力轉向、電子泵、啟動電機以及各類位置檢測應用等）提供最理想的解決方案。

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

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

ams還增加了該器件增量ABI輸出的運行步數。47系列產品的ABI輸出與標準光學編碼器的輸出相同，因此電機控制系統設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4，096 步/1，024 脈沖。這意味磁性位置傳感器將可在更多應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內的14位絕對角度位置數據，無需專門的編程器也能對非易失性設置進行編程。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，提供單IC以支持電機定位與控制應用。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技術能夠補償由于傳感器處理磁場強度原始測量數據發生傳播延遲而導致的動態角度誤差。DAEC技術使得系統設計者無需在外部DSP或微控制器上使用單獨的誤差補償電路。該技術同時使AS5047P實現極高的精確度，在28，000rpm的持續轉速下，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，給無線傳感器的發展提供了一個十分重要的機會。無線傳感器的一個應用較多的領域是藥品/食品冷鏈追蹤，例如，ams的NFC傳感器標簽和數據記錄儀集成電路AS39513，可應用于智能標簽中，實現對食品、藥品和醫療保健品儲存和運輸過程中的狀況高效和準確的監控。

CMOS圖像傳感器，醫療內窺新主張

ams的這款像素逆天的CMOS圖像傳感器CMV50000，是采用專利的8晶體管像素結構制作而成的中片幅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范圍最高可達64dB，在二次抽樣為4K模式下光學動態范圍可達68dB。

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