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消费级市场重新定义机器视觉 CIS新蓝海出现

  • DIGITIMES企划

消费级机器视觉的广泛应用

机器视觉即利用机器代替人眼来进行测量和判断。上个世纪八十年代,机器视觉研究的热潮席卷全球,并出现了一些基于机器视觉的应用系统。经过数十年的发展,机器视觉在工业领域已经得到了极为广泛的应用。因此,现在提到机器视觉,大家总是联想到工业机器人等画面。但伴随著智能化、数字化的发展,机器视觉的应用场景「破格」——越来越多的消费产品需要借助机器视觉来进行升级,成为了机器视觉发展的新蓝海。

消费级机器视觉的市场有多大?

思特威Global Shutter技术布局

2010年前后,就有企业试图将机器视觉应用于消费级市场,这其中包括了微软、华硕、Intel、Google以及苹果等。但受限于当时的技术以及市场情况,机器视觉在消费市场中的发展并不顺利。

这些新兴的应用场景促生了未来数千亿元的市场规模。据中商产业研究院的数据显示,2018年消费电子及半导体领域的机器视觉市场规模突破20亿人民币。消费类电子产品更新换代快,需求量大,带动机器视觉市场需求,预计2019年市场规模或将近30亿人民币。

这种市场趋势也引发了业界对于消费级机器视觉的思考。据当时的报道显示,芯片的运算能力及成本、集成方案、人工智能技术等是影响机器视觉在消费级市场落地的主要因素。由于消费电子对于量和价格以及技术成熟度均有著较高要求,所以可能要等到拍摄技术、芯片等这些配合的产业链环节都成熟之后,消费级机器视觉应用的春天才会真正到来。经过过去几年的发展,相关芯片性能已得到了很大的提升,人工智能场景也越来越深入到我们的生活,这也预示著属于消费级机器视觉应用的春天到了。

CIS是消费级机器视觉市场的关键

以消费级机器视觉的3D成像应用来说,ToF方案因为被智能型手机所采用而在近年来趋势高涨。然而其在非手机类的消费级应用中却不如在手机领域这般火热,以扫地机器人为例,由于其应用场景的特殊性,往往因小空间四周反射物过多,ToF会因多径反射干扰过多,反而无法有效精准判断障碍物;同时ToF方案也无法适用于太过空旷的空间或者过远的距离。其次ToF方案不低的成本也使许多消费级机器视觉应用终端望而却步,所以厂商会开始选用双目方案来做避障系统,也有使用VSLAM做导航再结合ToF方案来做避障的,以控制成本。因此CIS成为了消费级机器视觉市场的关键之一。

消费级机器视觉需要怎样的CIS?

从CIS技术发展的历史上看,CIS经历了从CCD到CMOS的转变。进入到CMOS图象传感器时代后,背照式逐渐取代了传统(前照式)CMOS,成为市场主流。而后,堆叠式CMOS图象传感器又开始进入市场。

堆叠式CMOS图象传感器的出现,让机器视觉更容易下沉到消费电子市场中。据悉,堆叠式CIS的工艺是将两片/三片wafer堆叠在一起,采用这种方式让图象传感器得以拥有更佳的性能甚至能附加轻度的智能算法,但又不会增大CIS的尺寸,因此更能匹配例如智能型手机、小型智能影像设备等体积较小的应用终端。

但随著更多消费产品需要机器视觉功能的加持,他们对机器视觉的要求也变得更高——快速捕捉(高帧率),无形变(全局快门)和非可见光下成像(近红外增强技术)成为了现代消费电子对CIS的新需求。全局快门(Global Shutter)CMOS传感器的出现,使得CMOS传感器得以同时曝光来撷取不失真的运动物体图象,这对机器视觉的领域有重大意义。

由此,将背照式与全局快门技术结合起来的CIS或许能够为消费级机器视觉市场提供助力。但从市场情况来看,将全局快门功能和背照式像素结构融合在一起的CIS并不多,尤其是为消费级机器视觉市场而开发的这种类型的CIS更是凤毛麟角(有一些厂商将背照式+全局快门的CIS定位于工业领域)。

面对这个市场机会,思特威在其背照式全局快门技术的基础上率先着手研发了2nd Gen SmartGS Technology技术。据思特威官网介绍,该技术通过提升pixel size来增加感度和暗光效果,提升率可达30%,另一方面采用并行电压域读取,大大提升了最大快门速度,完善对高速运动物体的清晰抓拍。基于全新的电容工艺,2nd Gen SmartGS Technology的读取噪声可降低一倍以上,同时兼具区域HDR技术,可大大提升特定位置的动态范围,解决了夜间拍摄信号灯成像过曝等问题。

为了保持在消费级机器视觉领域的优势,思特威也正在着手研发3rd Gen SmartGS® Technology。 据介绍,第三代技术将比前一代实现更大的进步,该技术预计将于2021年面市。而从产品上看,按照思特威的预计,2021年在「消费级机器视觉」应用领域的出货量将有望保持倍数级的成长。

在多代SmartGS Technology的加持下,思特威SmartGS 系列产品凭借出色的成像性能及硬核技术实力,成为了消费级机器视觉市场中的新贵。据了解,仅在2019~2020一年间,SmartGS系列产品的销量便实现了3倍的飞速成长。在2021年,思特威更是凭借著该系列产品迎来其高光时刻——实现了在消费级机器视觉应用领域Global Shutter图象传感器出货量全球领先。

思特威在消费级机器视觉市场所取得的成绩,也为半导体产业链的发展提供了助力。另一方面,思特威在这一新兴领域所取得的成绩,也说明其在半导体企业的影响力正在扩大。

正如此前Yole在其报告中所指出的那样,下一个时代将涉及机器人技术,增强现实(AR)和智能物联网(AIoT)。思特威在这些领域当中都具有良好的定位,这也为相关的相机企业提供了发展契机与市场的发展。

结语

消费级机器视觉市场,是一个既陌生又熟悉的新兴领域——消费电子产品早已存在于生活中的各个角落,但由于机器视觉的赋能,又使得它们变得不同。繁杂的消费级应用场景为机器视觉带来的腾飞的机会,思特威在这趁势而起,或许是一个值得关注的话题。