(Quelle: ams OSRAM)

So unterstützen Mira-Bildsensoren intelligentes Machine Learning

Intelligente Produkte mit künstlicher Intelligenz (KI) sind aus unserem zukünftigen Leben nicht mehr wegzudenken. Das Spektrum reicht von Verbraucher- und Industrierobotern bis hin zu Augmented-Reality-Brillen, intelligentem Zugang zu Gebäuden und Daten, autonomen Fahrzeugen und vielem mehr.

Stellen Sie sich einen Lieferroboter als automatisiertes fahrerloses Fahrzeug für die letzte Meile vor, das den optimalen und schnellsten Weg durch die Stadt findet, ohne mit Menschen oder Gegenständen zusammenzustoßen.

Wo kommt die Intelligenz ins Spiel?

Bevor Roboterprodukte „intelligent“ werden können, müssen sie Informationen über ihre Umgebung erfassen, die sich ständig verändert. Diese Erfassung erfolgt durch Sensoren und Kameras, wobei die ermittelten Daten anschließend schnell und präzise verarbeitet werden. Dies ist vergleichbar mit unseren Augen, Ohren und anderen Sinnen, mit denen wir zunächst verschiedene Daten erfassen, um sie dann mit unserem Gehirn zu verarbeiten, um den sichersten und schnellsten Weg zu finden, eine belebte Straße ohne Zusammenstöße mit anderen Personen oder Objekten zu überqueren.

Bei intelligenten Produkten erfassen Sensoren Umgebungsdaten und kombinieren sie mit Algorithmen des Machine Learning, um diese Daten zu verarbeiten und ihre Umgebung zu analysieren und Vorhersagen zu treffen. Dies gilt für unterschiedliche Anwendungen wie beispielsweise automatisierte fahrerlose Fahrzeuge, die sich problemlos in einem Lagerhaus oder auf der Straße zurechtfinden, oder auch große Industrieroboter, die sicher mit menschlichen Arbeitern interagieren und vieles mehr.

Machine-Learning-Algorithmen sind jedoch nur so gut wie die Daten, die sie von Sensoren erhalten, mit denen ihre Umgebung oder menschliche Interaktionen erfasst werden. Machine-Learning-Anwendungen können nur dann besser werden, wenn sie genügend rechtzeitige, genaue und relevante Daten zur Verarbeitung erhalten.

Und genau aus diesem Grund sind die Bildsensoren der Mira-Familie von ams OSRAM die perfekte Wahl für intelligente Designs und zukünftige Produktentwicklungen. Dank der hohen Bildwiederholrate und der Fähigkeit, Bilder in Schwarzweiß, Farbe und sogar Infrarot zu liefern, können sie die schnellen und hochwertigen Daten liefern, die für eine herausragende Leistung erforderlich sind. In Kombination mit KI-Prozessoren tragen die Bildsensoren von ams OSRAM dazu bei, dass Verbraucher- und Industrieprodukte mithilfe von KI-gestützter Bildgebung besser, effizienter und sicherer funktionieren.

Global Shutter für 2D- und 3D-Sensorik

Abbildung 1: Der Global-Shutter-Bildsensor der Mira-Familie ermöglicht intelligente 2D- und 3D-Erfassung mit hoher Quanteneffizienz bei sichtbaren und NIR-Wellenlängen (Quelle: ams OSRAM)

Die Global-Shutter-Bildsensoren der Mira-Familie für den sichtbaren und Nahinfrarotbereich (NIR) zeichnen sich durch einen geringen Stromverbrauch und eine geringe Baugröße aus und eignen sich somit hervorragend für die neuesten 2D- und 3D-Sensorsysteme. Diese kommen in Augmented-Reality- und Virtual-Reality-Produkten (AR/VR), in industriellen Anwendungen wie Drohnen, Robotern und automatisierten Fahrzeugen sowie in Verbrauchergeräten wie intelligenten Türschlössern zum Einsatz.

Die wachsende Nachfrage nach AR- und VR-Geräten in aufstrebenden Märkten ist von der Fähigkeit der Hersteller abhängig, Produkte wie Smart Glasses kleiner, leichter, weniger aufdringlich und angenehmer zu gestalten. Hier bieten die Bildsensoren der Mira-Familie einen Mehrwert, denn sie reduzieren die Größe des Sensors selbst und geben den Herstellern die Möglichkeit, die Batterie zu verkleinern, da der Sensor extrem wenig Strom verbraucht.

Eine weitere Innovation der Mira-Familie ist die Fähigkeit, Schwarzweiß- und Farbbilder (RGB) und sogar Farbbilder in Kombination mit Infrarotinformationen (RGB-IR) auf kleinster Fläche zu verarbeiten. Dadurch ergibt sich eine große Designflexibilität, die sich positiv auf die menschliche Wahrnehmung und Erkennung auswirkt.

ams OSRAM setzt bei den Bildsensoren der Mira-Familie die Back-Side-Illumination (BSI)-Technologie ein und verwendet ein Stacked-Chip-Design, bei dem sich die Sensorschicht über der Digital-/Ausleseschicht befindet. So kann der Sensor in einem Chip-Gehäuse untergebracht werden: Der Mira050 ist beispielsweise nur 2,3 mm x 2,8 mm klein. Diese extrem kleine Grundfläche gibt den Herstellern mehr Freiheit bei der Optimierung des Designs von Produkten mit begrenztem Platzangebot, wie z. B. Smart Glasses und VR-Headsets.

Die Bildsensoren der Mira-Familie vereinen eine hervorragende optische Leistung mit geringem Stromverbrauch. Der Bildsensor Mira220 hat eine Leistungsaufnahme von nur 4 mW im Sleep-Modus und 40 mW im Idle-Modus. Bei voller Auflösung und 90 Bildern pro Sekunde liegt der Stromverbrauch des Sensors bei 350 mW. Die Bildsensoren der Mira-Familie zeichnen sich durch ein hohes Signal-Rausch-Verhältnis und eine hohe Quanteneffizienz aus. Dadurch können Gerätehersteller die Ausgangsleistung der NIR-Beleuchtung, die neben dem Bildsensor in 2D- und 3D-Sensorsystemen eingesetzt wird, reduzieren und so den Gesamtstromverbrauch senken.

Für Sensortechnologien zur 3D-Erfassung, wie strukturiertes Licht oder Active Stereo Vision, sind NIR-Bildsensoren erforderlich, die Funktionen wie Augen- und Handverfolgung, Objekterkennung und Tiefenkartierung bieten. Die RGB-Version des Bildsensors liefert darüber hinaus weitere Farbinformationen, die für Machine-Learning-Algorithmen verwendet werden, um die Gesichts- und Objekterkennung zu verbessern.

Intelligente Erfassungs-/Prozessumgebung für eine Vielzahl von Anwendungen

Eine der wichtigsten Anwendungen für die Bildsensoren der Mira-Familie in Kombination mit einem KI-Prozessor und einem integrierten Machine-Learning-Algorithmus ist die Verbesserung der Sicherheit von Menschen bei der Interaktion oder Zusammenarbeit mit intelligenten Produkten. Das gilt insbesondere für frei bewegliche Roboter. Im Verbund mit KI-Prozessoren können Bildsensoren die Anwesenheit eines Menschen erkennen und die gemeinsame Umgebung analysieren. Dadurch lassen sich verschiedene Betriebsregeln für eine sichere Interaktion entwickeln.

Die Bildsensoren der Mira-Familie eignen sich hervorragend für das Authentifizieren, Scannen und Erfassen bei Smart-Home-Geräten, mobilen oder tragbaren Geräten sowie für industrielle Anforderungen an die Bildverarbeitung von Robotern. Sie zeichnen sich durch Präzision und Qualität aus, die für automatisierte fahrerlose Fahrzeuge erforderlich sind. Sie ermöglichen die Erkennung und Vermeidung von Objekten und sorgen dafür, dass sie sich auch außerhalb kontrollierter Umgebungen autonom bewegen können.