【導讀】今年以來(lái)，以ChatGPT為代表的大語(yǔ)言模型掀起了新一輪AIGC人工智能技術(shù)浪潮，而最近Meta推出圖像分割大模型SAM，使得用于自然語(yǔ)言處理的Prompt模式也開(kāi)始被應用在計算機視覺(jué)領(lǐng)域。AI研究專(zhuān)家認為，SAM之于計算機視覺(jué)的意義，就像是GPT之于大語(yǔ)言模型。
計算機視覺(jué)又被稱(chēng)為機器視覺(jué)，是人工智能的感知智能領(lǐng)域之一，是機器設備收集、理解信息的主要途徑，所以也通常被比喻為機器人的“眼睛”。在智能制造、工業(yè)4.0轉型趨勢下，各類(lèi)多模態(tài)人工智能技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)著(zhù)作為實(shí)現智能制造關(guān)鍵技術(shù)的機器視覺(jué)，也正乘風(fēng)破浪沖向新藍海。
2023慕尼黑上海電子生產(chǎn)設備展同期舉辦的工業(yè)機器人革新與電子“智”造高峰論壇上，思特威科技工業(yè)和新興芯片部副總裁金方其發(fā)表了題為《逐浪機器視覺(jué)，思特威CIS助力打造工業(yè)“感知之眼”》的演講。他比喻說(shuō)，越來(lái)越多的機器視覺(jué)應用需要智能終端對信息做出精準且快速的采集與處理，如果說(shuō)攝像頭是機器視覺(jué)的眼睛，那么CMOS傳感器可以看作是這雙“眼睛”的視網(wǎng)膜。
機器視覺(jué)有望開(kāi)啟CIS百億藍海市場(chǎng)
“在不久的將來(lái)，各種各樣的機器人將會(huì )成為我們生活中不可或缺的一部分。無(wú)論是在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域還是在家庭生活中，機器人都將扮演著(zhù)越來(lái)越重要的角色?！苯鸱狡浔硎?，“而機器人的核心技術(shù)之一，就是機器視覺(jué)。它是機器人獲取信息的主要手段，也是機器人‘感知之眼’的核心?！?/p>
一個(gè)完整的機器視覺(jué)系統一般由光學(xué)系統(光源、鏡頭、工業(yè)相機)、圖像采集單元、圖像處理單元、執行機構及人機界面等模塊組成。隨著(zhù)工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，機器視覺(jué)在3C電子、新能源、汽車(chē)、半導體、光伏等智能制造等領(lǐng)域的應用越來(lái)越廣泛。智能制造技術(shù)需求不斷增加，推動(dòng)著(zhù)機器視覺(jué)市場(chǎng)正乘風(fēng)破浪沖向新藍海。
“來(lái)自Yole的數據顯示，到2026年機器視覺(jué)在工業(yè)和自動(dòng)化的市場(chǎng)規模預計將超過(guò)百億元人民幣，作為機器視覺(jué)核心技術(shù)的CIS傳感器，也將在此趨勢下，迎來(lái)日漸火爆的藍海市場(chǎng)?！彼麖娬{，思特威專(zhuān)注高端成像芯片技術(shù)，在這片專(zhuān)業(yè)級的市場(chǎng)，也將繼續以客戶(hù)需求為核心，以高端創(chuàng )新為驅動(dòng)，不斷推出更加適合機器視覺(jué)的智能傳感器產(chǎn)品。
成立以來(lái)，思特威CIS產(chǎn)品已賦能萬(wàn)千智感視覺(jué)應用，包括智能手機、安防監控、車(chē)載電子、工業(yè)4.0、無(wú)人機、掃地機器人、智能教育、智能交通、生物識別等等。思特威將秉持“以前沿智能成像技術(shù)，讓人們更好地看到和認知世界”的愿景，以客戶(hù)需求為核心動(dòng)力，持續推動(dòng)前沿成像技術(shù)升級，拓展產(chǎn)品應用領(lǐng)域，與合作伙伴一起助推未來(lái)智能影像技術(shù)的深化發(fā)展。
Yole數據顯示，2021年思特威位居車(chē)載CIS市場(chǎng)全球第四、國內第二，在車(chē)載應用領(lǐng)域迎來(lái)了高速發(fā)展。今后亦將在人工智能、手機影像、車(chē)載電子等新興應用領(lǐng)域不斷拓展創(chuàng )新。
機器視覺(jué)需要怎樣的CIS傳感器？
制造業(yè)轉型升級帶來(lái)對高端工業(yè)相機的巨大需求，機器視覺(jué)成為必不可少的一環(huán)，市場(chǎng)空間廣闊。那么，機器視覺(jué)應用需要怎樣的CIS傳感器呢？
金方其指出，無(wú)論是工業(yè)智能化還是新興機器視覺(jué)應用的發(fā)展都面對一個(gè)共通的應用場(chǎng)景，就是抓拍高速運動(dòng)的物體，例如高速飛行下的精準避障需求，智能化流水線(xiàn)上快速運動(dòng)的目標等等。當前攝像頭CMOS圖像傳感器的曝光方式大致有卷簾曝光（Rolling Shutter）和全局曝光（Global Shutter）兩種方式，比如在拍攝同一輛快速駛過(guò)的汽車(chē)，Rolling shutter的曝光方式采用逐行掃描，在這個(gè)過(guò)程中存在一定時(shí)延，因此會(huì )導致成像產(chǎn)生“果凍效應”，最終出來(lái)的成圖效果是變形的。所以，在機器視覺(jué)中全局快門(mén)的圖像傳感器因為成像無(wú)畸變，而具有更大的優(yōu)勢。
據介紹，思特威從2017年開(kāi)始研發(fā)Global Shutter技術(shù)并于2018年基于該技術(shù)發(fā)布了全球首顆BSI像素架構 全局快門(mén)的圖像傳感器產(chǎn)品，并應用在了工業(yè)相機上。2019年，思特威Global Shutter相關(guān)的技術(shù)層作為開(kāi)場(chǎng)論文在ISSCC 2019舊金山國際固態(tài)電路峰會(huì )上首秀，并于同年推出了搭載這一最新技術(shù)的SmartGS?系列新產(chǎn)品SC132GS。目前，思特威的SmartGS?全局曝光產(chǎn)品在無(wú)人機、掃地機器人、ITS智能交通、車(chē)載DMS/OMS和家/商用機器人等新興機器視覺(jué)領(lǐng)域有著(zhù)出色的市場(chǎng)表現，更是在無(wú)人機避障領(lǐng)域占有絕大部分市場(chǎng)。
除了全局曝光以外，機器視覺(jué)的應用對CIS傳感器的性能、KPI等方面的要求也非常高，包括更高的信噪比，更高的幀率，更高的分辨率，更高的靈敏度、動(dòng)態(tài)范圍以及更低的功耗。金方其強調，“快門(mén)主要用來(lái)控制傳感器的有效曝光時(shí)間，對普通成像應用而言快門(mén)的時(shí)間范圍通常越大越好。但這并不太適用于需要抓拍到急速移動(dòng)物體的機器視覺(jué)應用，對工業(yè)和新興機器視覺(jué)應用來(lái)說(shuō)，往往需要快門(mén)速度越快越好?！?/p>
他表示，思特威SmartGS?技術(shù)具備上述機器視覺(jué)對CIS的高性能需求。首先，第二代SmartGS?產(chǎn)品實(shí)現了更高的分辨率，是國內企業(yè)在大尺寸及大分辨率Global Shutter芯片領(lǐng)域的一次成功破圈。據悉，感光效果好的圖像傳感器一般基于BSI工藝，但是全局曝光與BSI工藝的融合有較大的難度。截至目前為止，思特威是全球率先實(shí)現了基于BSI工藝的全局曝光技術(shù)的公司之一。
其次，思特威的專(zhuān)業(yè)研發(fā)團隊擁有出色的IC設計能力，所設計的芯片在靈敏度和信噪比方面都有著(zhù)不俗的表現。
第三，思特威的PixGain技術(shù)，通過(guò)在傳感器電路中內置Low Gain和High Gain兩套轉換增益電路，分別控制高亮場(chǎng)景下不過(guò)曝和提高暗光場(chǎng)景下對細節的捕捉。
最后，思特威的低功耗讀取技術(shù)，能夠通過(guò)內部電路設計優(yōu)化，可實(shí)現模擬功耗和數字功耗的降低。
AI浪潮下，需要更智能的視覺(jué)解決方案
隨著(zhù)工業(yè)數字化與智能化轉型逐漸深入，機器視覺(jué)已然成為了與工業(yè)應用結合最為緊密的人工智能技術(shù)。在A(yíng)I浪潮下，CIS已經(jīng)不再僅僅是需要輸出圖片和視頻，更要提供智能化的視覺(jué)解決方案。
“3D Stacked技術(shù)為圖像傳感器帶來(lái)了更大的發(fā)揮舞臺，也為機器視覺(jué)進(jìn)一步的發(fā)展帶來(lái)更多可能性?！彼麖娬{，成像品質(zhì)對人工智能及機器視覺(jué)的發(fā)展是具有重要意義的。舉例來(lái)說(shuō)，如果輸入的圖像本身就有過(guò)曝或過(guò)暗等影像信息缺陷，那即使再強大的AI模型，還是有可能作出錯誤的識別判斷。因此需要圖像傳感器輸出更高質(zhì)量的圖像，以確保信息、細節的完整性就顯得尤為關(guān)鍵。
從消費到工業(yè)級，思特威開(kāi)啟機器視覺(jué)新篇章
隨著(zhù)制造業(yè)轉型升級的進(jìn)一步深入，工業(yè)CIS傳感器將充分受益各產(chǎn)業(yè)升級帶來(lái)的需求擴容。Yole數據顯示，2021年工業(yè)CIS市場(chǎng)出貨量為2.52千萬(wàn)顆，在2021年到2027年的預測期內，工業(yè)CIS出貨量將以近10%的年復合增長(cháng)率增長(cháng)，到2027年將達到4.41千萬(wàn)顆。
金方其介紹，思特威面向機器視覺(jué)應用的解決方案主要分為兩大類(lèi)。
首先面陣相機作為工業(yè)相機的一個(gè)類(lèi)別，在工業(yè)自動(dòng)化中的應用也極為廣泛。通過(guò)連續的、面狀影像捕捉來(lái)實(shí)現產(chǎn)品的檢測，并可以一次性獲取完整的目標圖像。工業(yè)級面陣圖像傳感器能夠精確地測量形狀、尺寸、面積、距離、角度、交點(diǎn)等幾何特性從而賦能自動(dòng)化生產(chǎn)中的定位測量以及缺陷檢測等智能應用。
在這一領(lǐng)域，思特威SmartGS?系列自2018年以來(lái)已推出了兩代產(chǎn)品系列，第一代產(chǎn)品在無(wú)人機、掃地機器人、人臉識別、生物識別以及智慧教育等領(lǐng)域獲得廣泛應用。第二代產(chǎn)品系列得益于創(chuàng )新的SmartGS?-2技術(shù)，相較前代技術(shù)產(chǎn)品具備更快的快門(mén)速度、更高的動(dòng)態(tài)范圍，能夠精準賦能機器視覺(jué)工業(yè)應用、智能交通等需求。
線(xiàn)陣相機是另一大類(lèi)工業(yè)相機。工業(yè)領(lǐng)域有許多應用場(chǎng)景需要檢測連續的材料，例如圓形的金屬鐵罐、產(chǎn)線(xiàn)上移動(dòng)的車(chē)門(mén)，傳輸帶上的布匹等。被檢測的物體通常保持勻速運動(dòng)，需使用一臺/多臺線(xiàn)陣相機對其逐行連續掃描，以達到對其整個(gè)表面的均勻檢測。由于工業(yè)線(xiàn)陣相機橫向可以達到數K分辨率，因此測量的精度可以到微米級別，極適用于此類(lèi)應用場(chǎng)景。
思特威于2022年底推出了其首顆LA（Linear）線(xiàn)陣系列4K分辨率高速工業(yè)CMOS圖像傳感器——SC430LA。該背照式（BSI）圖像傳感器搭載創(chuàng )新的SmartGS?-2全局快門(mén)技術(shù)，依托思特威先進(jìn)的模擬電路設計，支持出色的Trilinear彩色模式和32x模擬增益，集高穩定性、高精準度、低噪聲、高行頻四大性能優(yōu)勢于一身，可適用于各種工業(yè)環(huán)境中，以高傳輸速度和高圖像品質(zhì)賦能全天候工業(yè)線(xiàn)陣相機。
LA系列的推出，意味著(zhù)思特威實(shí)現了從機器視覺(jué)消費級市場(chǎng)向工業(yè)級應用的大步邁進(jìn)，是思特威加速布局高端機器視覺(jué)市場(chǎng)戰略的重要里程碑。
來(lái)源：集微網(wǎng)
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