智慧應用 影音
中華民國資訊軟體協會
20210319_DForum智慧工廠台南

消費級市場重新定義機器視覺 CIS新藍海出現

  • DIGITIMES企劃

消費級機器視覺的廣泛應用

機器視覺即利用機器代替人眼來進行測量和判斷。上個世紀八十年代,機器視覺研究的熱潮席捲全球,並出現了一些基於機器視覺的應用系統。經過數十年的發展,機器視覺在工業領域已經得到了極為廣泛的應用。因此,現在提到機器視覺,大家總是聯想到工業機器人等畫面。但伴隨著智慧化、數位化的發展,機器視覺的應用場景「破格」——越來越多的消費產品需要借助機器視覺來進行升級,成為了機器視覺發展的新藍海。

消費級機器視覺的市場有多大?

思特威Global Shutter技術布局

2010年前後,就有企業試圖將機器視覺應用於消費級市場,這其中包括了微軟、華碩、Intel、Google以及蘋果等。但受限於當時的技術以及市場情況,機器視覺在消費市場中的發展並不順利。

這些新興的應用場景促生了未來數千億元的市場規模。據中商產業研究院的數據顯示,2018年消費電子及半導體領域的機器視覺市場規模突破20億人民幣。消費類電子產品更新換代快,需求量大,帶動機器視覺市場需求,預計2019年市場規模或將近30億人民幣。

這種市場趨勢也引發了業界對於消費級機器視覺的思考。據當時的報道顯示,晶片的運算能力及成本、整合方案、人工智慧技術等是影響機器視覺在消費級市場落地的主要因素。由於消費電子對於量和價格以及技術成熟度均有著較高要求,所以可能要等到拍攝技術、晶片等這些配合的產業鏈環節都成熟之後,消費級機器視覺應用的春天才會真正到來。經過過去幾年的發展,相關晶片性能已得到了很大的提升,人工智慧場景也越來越深入到我們的生活,這也預示著屬於消費級機器視覺應用的春天到了。

CIS是消費級機器視覺市場的關鍵

以消費級機器視覺的3D成像應用來說,ToF方案因為被智慧型手機所採用而在近年來趨勢高漲。然而其在非手機類的消費級應用中卻不如在手機領域這般火熱,以掃地機器人為例,由於其應用場景的特殊性,往往因小空間四周反射物過多,ToF會因多徑反射干擾過多,反而無法有效精准判斷障礙物;同時ToF方案也無法適用於太過空曠的空間或者過遠的距離。其次ToF方案不低的成本也使許多消費級機器視覺應用終端望而卻步,所以廠商會開始選用雙目方案來做避障系統,也有使用VSLAM做導航再結合ToF方案來做避障的,以控制成本。因此CIS成為了消費級機器視覺市場的關鍵之一。

消費級機器視覺需要怎樣的CIS?

從CIS技術發展的歷史上看,CIS經歷了從CCD到CMOS的轉變。進入到CMOS圖像感測器時代後,背照式逐漸取代了傳統(前照式)CMOS,成為市場主流。而後,堆疊式CMOS圖像感測器又開始進入市場。

堆疊式CMOS圖像感測器的出現,讓機器視覺更容易下沉到消費電子市場中。據悉,堆疊式CIS的製程是將兩片/三片wafer堆疊在一起,採用這種方式讓圖像感測器得以擁有更佳的性能甚至能附加輕度的智慧算法,但又不會增大CIS的尺寸,因此更能匹配例如智慧型手機、小型智慧影像設備等體積較小的應用終端。

但隨著更多消費產品需要機器視覺功能的加持,他們對機器視覺的要求也變得更高——快速捕捉(高幀率),無形變(全局快門)和非可見光下成像(近紅外增強技術)成為了現代消費電子對CIS的新需求。全局快門(Global Shutter)CMOS感測器的出現,使得CMOS感測器得以同時曝光來擷取不失真的運動物體圖像,這對機器視覺的領域有重大意義。

由此,將背照式與全局快門技術結合起來的CIS或許能夠為消費級機器視覺市場提供助力。但從市場情況來看,將全局快門功能和背照式畫素結構融合在一起的CIS並不多,尤其是為消費級機器視覺市場而開發的這種類型的CIS更是鳳毛麟角(有一些廠商將背照式+全局快門的CIS定位於工業領域)。

面對這個市場機會,思特威在其背照式全局快門技術的基礎上率先著手研發了2nd Gen SmartGS Technology技術。據思特威官網介紹,該技術通過提升pixel size來增加感度和暗光效果,提升率可達30%,另一方面採用並行電壓域讀取,大大提升了最大快門速度,完善對高速運動物體的清晰抓拍。基於全新的電容製程,2nd Gen SmartGS Technology的讀取噪聲可降低一倍以上,同時兼具區域HDR技術,可大大提升特定位置的動態範圍,解決了夜間拍攝信號燈成像過曝等問題。

為了保持在消費級機器視覺領域的優勢,思特威也正在著手研發3rd Gen SmartGS® Technology。 據介紹,第三代技術將比前一代實現更大的進步,該技術預計將於2021年面市。而從產品上看,按照思特威的預計,2021年在「消費級機器視覺」應用領域的出貨量將有望保持倍數級的成長。

在多代SmartGS Technology的加持下,思特威SmartGS 系列產品憑借出色的成像性能及硬核技術實力,成為了消費級機器視覺市場中的新貴。據瞭解,僅在2019~2020一年間,SmartGS系列產品的銷量便實現了3倍的飛速成長。在2021年,思特威更是憑借著該系列產品迎來其高光時刻——實現了在消費級機器視覺應用領域Global Shutter圖像感測器出貨量全球領先。

思特威在消費級機器視覺市場所取得的成績,也為半導體產業鏈的發展提供了助力。另一方面,思特威在這一新興領域所取得的成績,也說明其在半導體企業的影響力正在擴大。

正如此前Yole在其報告中所指出的那樣,下一個時代將涉及機器人技術,增強現實(AR)和智慧物聯網(AIoT)。思特威在這些領域當中都具有良好的定位,這也為相關的相機企業提供了發展契機與市場的發展。

結語

消費級機器視覺市場,是一個既陌生又熟悉的新興領域——消費電子產品早已存在於生活中的各個角落,但由於機器視覺的賦能,又使得它們變得不同。繁雜的消費級應用場景為機器視覺帶來的騰飛的機會,思特威在這趁勢而起,或許是一個值得關注的話題。