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存在偵測

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智慧光學感測器拳拳到肉  筆電顯色/測距更趨精準

ALS為當今全球筆電標配 環境光感測器(ALS)現在幾乎成為新NB市場的標準功能。如圖1所示,通常將ALS放置於筆記型電腦顯示螢幕的頂部邊框上,以連續檢測和監視使用者環境的光線狀況。藉由採用ALS,筆電會根據環境光的狀況將螢幕亮度向上調亮或向下調暗。這樣做的主要好處是減少螢幕背光功耗並增強使用者的視覺體驗。 圖1 環境光感測器在筆記型電腦上的配置。 在筆電中設計ALS時需考慮諸多因素。數位ALS解決方案有幾點優於類比方案: .使用數位接口,可以連接多個元件在同一路I2C線路上。 .可從極暗到明亮的日照流明情況下提供靈活性功能。 .可藉由可編輯式功能降低雜散光源與50/60Hz閃爍光抑制。 .中斷功能可節省電池電量,不需像類比方案持續性的輪詢。 .透過專利雙二極管技術阻擋不需要的IR能量。 XYZ感測器精準掌握真實顏色 與單純使用ALS感測器相較,色彩XYZ感測器是種優良的升級體驗(圖2)。不僅提供環境流明Lux訊息,亦提供筆記型電腦使用者詳細環境光色溫。 圖2 CIE色彩圖中的普朗克軌跡。 對人眼來說XYZ感測器為最自然的光譜,因為RGB感測器無法計算色度坐標(xy)。某些光源不在普朗克軌跡(虛線處),僅使用RGB測量顏色會導致測量光源顏色時出現重大誤差。 而XYZ顏色測量精度是RGB的5倍,人眼可以輕易檢測XYZ感測器測量精度範圍內的顏色變化。藉由接收XYZ訊息,NB可以獲得準確環境光CCT訊息及數據。 因此LCD顯示器可以動態調整面板色溫以適合使用者環境的色溫,稱之為白平衡,而不只是基於當前LCD顯示器製造的固定CCT校準點(通常LCD顯示器在6500k CCT下校準)。 而艾邁斯半導體(ams)的TCS3430為XYZ三色彩感測器之一,色域與人們對光的感知相匹配。除準確的XYZ訊息外,其還具備以下技術: .最小化紅外光和紫外光譜成分影響 .降低功耗。 .藉由啟動量測IR光的斜率以偵測IR光源。 .在變化光源照明條件下可實現準確的色彩和ALS。 .最小化移動與暫態誤差。 藉由校準技術,其於各種光源條件均可達≤0.01Δxy色度精度≤3%CCT誤差(CCTe)(表1)。 表1 TCS3430在各種光源下的Lux/CCT 飛時測距實現使用者存在偵測 飛行時間(ToF)感測器是用於手機和3D應用的創新技術,如圖3所示,用於喚醒接近目的,其測量紅外光傳播到物體並反射到ToF感測器以偵測物體距離的時間。由於光速非常快,因此ToF SoC需要使用超短(ps)及精確的時間數位轉換器(TDC)以精確測量距離。 圖3 飛時測距(ToF)技術。 當在NB平台中使用ToF技術,可偵測使用者是否坐在顯示器前。如果是,則筆記型電腦的顯示螢幕將立即喚醒以供使用者登錄,毋須觸摸鍵盤、滑鼠和指紋等;若使用者不坐在筆記型顯示器前,將立即關閉螢幕或登出PC,以保護個人隱私;此外,更延長NB或筆記型電腦電池使用量,尤其於現代商用NB中,當使用者不使用NB且顯示螢幕打開或處於活動模式時,在待機模式將浪費大量電池能量—此技術為使用者存在偵測,如下圖4所示。 圖4 用戶使用檢測。 除了使用者偵測外,ToF還可用於偵測使用者行為,如接近或遠離NB。NB還可動態連續偵測使用者距離以優化NB配置,如於短距離時調低麥克風/揚聲器的音量;於電影模式偵測長距離時調高音量。 以ams的TMF8801一維ToF感測器為例,其可支援達2.5m的距離,幾乎覆蓋使用者的工作距離;採直接ToF技術,具高靈敏度單光子雪崩二極管SPAD偵測和快速時間數位轉換器(TDC)架構,且垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)輸出光脈衝小於500psec。透過晶片上Cortex SoC和統計直方圖處理,感測器可在高可信度下偵測2cm至2.5m(圖5)。 圖5 TMF8801方塊圖。 筆記型電腦不再是純粹被動式個人電腦,NB中增加更多感測器,將如頭腦清晰的人類般變得更加活躍及聰明。光學感測器在此凝聚非常重要的作用,因為在人們的生活環境中,光最直接存在於人們周遭;環境光感測器提供準確流明照度,而XYZ顏色感測器提供色溫訊息;飛行時間感測器可偵測使用者距離或判斷其是否為一個人。未來期待看到更多光學感測器獲筆電採用。 (本文作者為艾邁斯半導體資深技術應用工程師)
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艾邁斯新影像感測器套件拓展相機應用

艾邁斯半導體(ams)日前發布了NanoVision和NanoBerry評估套件,為基於ams NanEyeC微型影像感測器的創新方案的開發提供了現成的平台。 NanEyeC相機是功能齊全的影像感測器,以1mm×1mm的微型表面安裝模組提供。小外形尺寸可產生高達58幀/秒的驚人100k pixel解析度。由於NanEyeC提供了小尺寸、高影像品質和高幀數的優異效能,因此適合相機必須隱藏或容納在極小空間中的應用。例如,虛擬現實頭戴式耳機中的眼動追蹤應用。也可應用於用戶存在檢測,以支援家庭和大樓自動化(HABA)應用中的自動電源開/關控制,例如空調,家庭機器人,電器和智慧照明。 內建NanEyeC的新NanoVision展示套件以Arduino為開發平台。它包括所有必要的驅動程式,以將感測器的單端接口模式(SEIM)輸出連接到Arm Cortex-M7微控制器。它還支援影像處理,包括顏色重建和白點平衡等功能。 使用NanoVision支援套裝,工程師可以在熟悉的Arduino硬體開發環境中加速例如存在檢測等低幀數應用的開發。 NanoBerry評估套件是在樹莓派(Raspberry Pi)連接埠上使用NanEyeC影像感測器附加板,並加上與Raspberry Pi主機處理器介接的韌體。使用NanoBerry板的工程師可以利用基於Arm Cortex-A53的高效能處理器來執行更嚴苛的運作,例如OpenCV庫提供的物件檢測,物件追蹤和電腦視覺功能。 此平台裝備精良,適用於諸如眼動追蹤之類的高幀速率和低延遲應用。整合到NanEye PC監看器中,可以查看所有暫存器和原始影像資料,以利對於NanEyeC進行全面評估。
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