【導讀】在機器視覺(jué)普及的時(shí)代，圖像傳感器作為其“眼睛”有著(zhù)越來(lái)越多的各樣的應用。安森美(onsemi)的圖像傳感技術(shù)通過(guò)不斷地技術(shù)創(chuàng )新，力求滿(mǎn)足越來(lái)越廣泛的市場(chǎng)領(lǐng)域需要。如今，越來(lái)越多的家庭和企業(yè)安裝攝像頭做監控，據Yole統計，預計到2030年底，此市場(chǎng)將增長(cháng)兩倍。
在機器視覺(jué)普及的時(shí)代，圖像傳感器作為其“眼睛”有著(zhù)越來(lái)越多的各樣的應用。安森美(onsemi)的圖像傳感技術(shù)通過(guò)不斷地技術(shù)創(chuàng )新，力求滿(mǎn)足越來(lái)越廣泛的市場(chǎng)領(lǐng)域需要。如今，越來(lái)越多的家庭和企業(yè)安裝攝像頭做監控，據Yole統計，預計到2030年底，此市場(chǎng)將增長(cháng)兩倍。因此，消費者需要有更優(yōu)秀的圖像質(zhì)量、更可靠和更長(cháng)電池壽命的設備，來(lái)提升整體使用體驗。由于這些相機通常會(huì )被放置在難以更換電池或充電的位置，因此低功耗成為一個(gè)關(guān)鍵需求。對此，安森美推出了一些低功耗的高質(zhì)量圖像傳感技術(shù)，場(chǎng)景覆蓋智能門(mén)禁、安防攝像頭、增強現實(shí)（AR）/虛擬現實(shí)（VR）/擴展現實(shí)（XR）頭戴裝置、機器視覺(jué)和視頻會(huì )議等。比如其中的智能運動(dòng)偵測喚醒技術(shù)（smart Wake on Motion），非常適用于對運動(dòng)偵測有需求的低功耗物聯(lián)網(wǎng)設備，例如安防領(lǐng)域的智能門(mén)鈴門(mén)鎖等。
安森美的Hyperlux LP系列圖像傳感器即具備上述的Wake on Motion低功耗技術(shù)。在增強了設備的偵測能力的同時(shí)，有效地降低功耗。Hyperlux LP系列同時(shí)具有高分辨率的非常優(yōu)秀的圖像解析力，客戶(hù)可以根據使用情況，選用500萬(wàn)分辨率的AR0544、800萬(wàn)分辨率的AR0830或2000萬(wàn)分辨率的AR2020。另外此產(chǎn)品系列還采用堆疊式架構設計，能最大限度地減少產(chǎn)品體積，最小型號小如一粒米，成為受尺寸限制困擾的緊湊型設備的理想選擇，大大適應了相關(guān)領(lǐng)域產(chǎn)品的發(fā)展需求。下面，將針對Wake on Motion低功耗技術(shù)做一些較為詳盡的介紹。
Wake on Motion技術(shù)介紹
顧名思義，wake on motion即為運動(dòng)偵測喚醒，即當傳感設備檢測到前方某距離內有移動(dòng)物體時(shí)，則退出休眠狀態(tài)，進(jìn)入工作狀態(tài)，這樣降低了功耗，保證了設備在需要工作的狀態(tài)才工作，其他時(shí)候可以通過(guò)休眠節電。
傳統的wake on motion實(shí)現一般基于被動(dòng)紅外傳感器（PIR）。這種傳感器應用廣泛，但存在誤觸發(fā)率高的問(wèn)題，導致系統功耗優(yōu)化有限，產(chǎn)生50%左右的功耗額外消耗。
安森美智能運動(dòng)偵測喚醒技術(shù)介紹
針對PIR的誤觸發(fā)問(wèn)題，安森美推出智能運動(dòng)偵測喚醒技術(shù)，其方案是采用圖像傳感器融合PIR進(jìn)行運動(dòng)偵測喚醒。核心關(guān)鍵在于在很低的功耗下賦予圖像傳感器運動(dòng)偵測能力。該方案采用了獨有的Motion-DCT 算法，結合圖像傳感器的scale或binning技術(shù)在獲取的較低分辨率圖像上快速實(shí)時(shí)準確地做出運動(dòng)偵測。該方案的特點(diǎn)為：
準確性高
速度快
功耗低
實(shí)時(shí)性強
方案示例如下圖。從圖中可見(jiàn)，左側采用了PIR和圖像傳感器兩方進(jìn)行運動(dòng)偵測并反饋到CPU處理器。該方案有兩種使用策略：Cascade級聯(lián)和Parallel并行。具體含義為：
Cascade：首先PIR+MCU檢測到物體移動(dòng)，然后再采用圖像傳感器的檢測結果做為確認；
Parallel：PIR和圖像傳感器的檢測結果同時(shí)傳送到CPU作為運動(dòng)偵測結果的判斷依據。
此方案適用的參數范圍為：
10lux ~ 10000lux亮度范圍；
圖像傳感器一次檢測耗時(shí)在100ms內；
視場(chǎng)角在100度時(shí)，檢測距離在7-8米內；
物體尺寸在4K分辨率下不能小于32x32像素大??；
物體最小移動(dòng)速度不能低于每幀4個(gè)像素距離。
感興趣區域（Zones）選擇功能
AR0830運動(dòng)偵測技術(shù)支持感興趣區域選擇功能，以進(jìn)一步降低系統功耗。即：將整幅圖像分成若干區域，供用戶(hù)選擇是否使用該區域圖像做運動(dòng)偵測，以避免無(wú)效區域，從而降低算法的計算量，提升檢測速度及降低功耗。
如下圖展示的一個(gè)區域選擇示例。圖中，將整幅圖像分成了5X5的區域塊，選取了A,B,C三個(gè)方塊區域作為MASK區域，即不感興趣區域，不參與運動(dòng)偵測計算，其他方塊區域作為感興趣區域參與運動(dòng)偵測計算。除ABC區域外的任何區域中檢測到運動(dòng)物體，則該區域將得到一個(gè)運動(dòng)標記。以上區域劃分和設定均可以由圖像傳感器的寄存器操作完成。
下圖是在實(shí)際應用場(chǎng)景中的示例：
可以看到，在該圖中，只有中間區域被選作了感興趣區域。而我們對畫(huà)面進(jìn)行運動(dòng)捕捉block 分區，只需關(guān)注開(kāi)啟區域的運動(dòng)檢測，像上圖中典型的可視門(mén)鈴場(chǎng)景內存在樹(shù)木花草，一旦有什么“風(fēng)吹草動(dòng)”或者小動(dòng)物經(jīng)過(guò)，很可能系統就開(kāi)啟誤報，而可編程的運動(dòng)捕捉區域，可以很好的降低這種誤報。配合PIR，通過(guò)sensor自帶的運動(dòng)捕捉和超級低功耗模式，可以讓整機系統電池使用時(shí)間延長(cháng)40%。
工作原理詳述
安森美圖像傳感器AR0830采用的Motion-DCT運動(dòng)偵測算法基本原理是計算每幀Gr像素的DCT和，并比較兩個(gè)連續幀之間DCT和的差異。如果差值等于或大于預定義閾值，則檢測到物體運動(dòng)發(fā)生。
如前所述，安森美的智能運動(dòng)偵測喚醒技術(shù)采用圖像傳感器融合PIR進(jìn)行運動(dòng)偵測喚醒，且該方案有兩種使用策略模式：Cascade和Parallel。下面詳細介紹一下。
Cascade級聯(lián)模式：當廉價(jià)的PIR運動(dòng)檢測傳感器檢測到有運動(dòng)時(shí)，它會(huì )發(fā)送觸發(fā)信號，將圖像傳感器從硬件/軟件待機狀態(tài)喚醒。圖像傳感器啟動(dòng)Motion-DCT計算。如果確認了運動(dòng)，圖像傳感器會(huì )向主機發(fā)送中斷信號。在某些幀之后，圖像傳感器將返回軟待機狀態(tài)，并等待PIR的下一個(gè)觸發(fā)（主機可能會(huì )將傳感器置于硬待機狀態(tài)）。在此模式下，Motion-DCT 偵測使能選項處于啟用狀態(tài)，但圖像數據流保持關(guān)閉狀態(tài)。
Parallel并行模式：圖像傳感器與PIR運動(dòng)檢測傳感器并行工作（如果有）。當PIR傳感器或圖像傳感器檢測到運動(dòng)時(shí)，來(lái)自相應傳感器的中斷信號被發(fā)送到主機。圖像傳感器將持續檢查成對活動(dòng)幀內的運動(dòng)，并在每個(gè)編程時(shí)隙強制傳感器軟待機一次，以節省電源。當檢測到運動(dòng)時(shí)，主機可以切換到流模式并再次進(jìn)入并行模式。
需要注意的是，Cascade和Parallel兩種模式互斥，同時(shí)只能選其一。
在實(shí)際產(chǎn)品應用的時(shí)候二者特點(diǎn)或區別在于：
并行模式：
可在低功耗模式下編程，即圖像傳感器在僅t1模式下輸出1個(gè)t1幀，或在基于幀的HDR模式下輸出一對t1/t1幀，進(jìn)入待機狀態(tài)，達到md待機計數后喚醒。無(wú)論是否檢測到運動(dòng)，序列都會(huì )重復。
當主機清除md_par_en時(shí)，圖像傳感器退出并行模式并進(jìn)入正常流。
如果stream_mode（設置了md_par_en）或md_par_n（設置了stream_mode），md操作將重新啟動(dòng)。
級聯(lián)模式：
傳感器需要設置Md_cas_en才能監聽(tīng)Md_trigger引腳（通過(guò)GPI）。
在級聯(lián)模式下，用戶(hù)的MCU為傳感器提供有效的觸發(fā)脈沖。
當應用md_hd_en選項時(shí)，傳感器將檢測到較小的運動(dòng)，并檢查額外的一組幀以確認運動(dòng)。
性能介紹
下圖是當人在垂直于光軸方向水平走過(guò)攝像頭時(shí)候的運動(dòng)偵測準確率情況：
下圖是當人沿光軸方向徑直走向攝像頭時(shí)候的運動(dòng)偵測準確率情況：
可以看到：
在八米范圍都能檢測有效檢測到移動(dòng)物體；
在較近距離（1米，2米）相對于較遠距離（4米，8米）有更靈敏的檢測；
更高的環(huán)境亮度能帶來(lái)更靈敏的檢測能力。
另外，此方案的功耗性能為：
Host CPU wake up + image sensor – 800~1200mw
Host CPU wake up + image sensor +Wifi module – 1.2~1.8W
總體而言，在前述的適用參數范圍內，該方案具備良好的適用性和準確性能以及低功耗的顯著(zhù)特點(diǎn)。
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