圖像傳感器面臨大洗牌 機(jī)器視覺時(shí)代的到來是必然

有人說，人眼看圖的時(shí)代已經(jīng)過去，機(jī)器看圖的時(shí)代正在到來。當(dāng)記者詢問安森美半導(dǎo)體（ON Semiconductor）圖像傳感器部全球市場及應(yīng)用工程副總裁易繼輝是否認(rèn)同這一觀點(diǎn)時(shí)，他回復(fù)說，“人眼視覺時(shí)代是否已成為過去還有待商榷，但是在人工智能的發(fā)展和應(yīng)用的推動(dòng)下，機(jī)器視覺的廣泛應(yīng)用無疑是在加速的?！?/p>

安森美半導(dǎo)體（ON Semiconductor）圖像傳感器部全球市場及應(yīng)用工程副總裁易繼輝創(chuàng)造超越人眼的新視覺這是安森美圖像傳感器部對自身使命給出的新定義，但如何將這種使命從口號變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)？成為擺在易繼輝面前的一道難題?！耙獙?shí)現(xiàn)創(chuàng)造超越人眼的成像，關(guān)鍵是不斷地創(chuàng)新?！彼麑τ浾哒f，人眼是人體中最復(fù)雜、最精密的器官之一，因此創(chuàng)造超越人眼的視覺是一項(xiàng)極具挑戰(zhàn)且過程復(fù)雜的工作，它要求我們在許多領(lǐng)域進(jìn)行創(chuàng)新，例如設(shè)計(jì)、材料、制造工藝、圖像信號處理、光學(xué)等。

安森美半導(dǎo)體的優(yōu)勢在于不但具有自主創(chuàng)新的DNA，還打造了許多業(yè)界首創(chuàng)的產(chǎn)品和技術(shù)，且積累了業(yè)界最大的知識產(chǎn)權(quán)組合，加上全球頂尖工程人才的儲(chǔ)備以及與客戶和生態(tài)系統(tǒng)合作伙伴的密切合作，使得公司能夠持續(xù)投入創(chuàng)新并不斷開發(fā)未來的技術(shù)。另一方面，隨著AI對人類未來的生活和工作方式正在產(chǎn)生廣泛的影響，目前正在發(fā)生的一個(gè)趨勢就是對“邊緣AI”或“終端側(cè)AI”的需求正在提高，對智能相機(jī)和智能視覺的需求正在增加。易繼輝預(yù)計(jì)，在成像業(yè)務(wù)方面，AI將會(huì)極大影響當(dāng)前設(shè)計(jì)和制造圖像傳感器的方式，改變設(shè)計(jì)和構(gòu)建成像方案的方法，使得智能成像和自適應(yīng)成像方案成為創(chuàng)新的一個(gè)新前沿。例如在自適應(yīng)成像中，圖像傳感器將能夠采集并提供只對AI算法有用和重要的圖像信息。同時(shí)，加速采用多晶圓堆疊（multi-wafer stacking）也會(huì)成為新趨勢。晶圓堆疊將把圖像采集、信號處理、圖像感知和物體識別等多種性能高度集成在智能終端設(shè)備中成為可能。

機(jī)器看圖的時(shí)代正在到來一般來說，今天的成像產(chǎn)品有兩大類的應(yīng)用：視覺（viewing）和感測（sensing）。視覺是指人眼視覺，即拍攝的圖像（圖片和視頻）主要用于為人眼所看并領(lǐng)會(huì)；感測是指機(jī)器視覺，即用于算法或機(jī)器學(xué)習(xí)理解而拍攝的圖像。

也就是說，在人眼視覺中，圖像是為人眼所見并欣賞的，因此圖像通常需要做到清晰、細(xì)致、色彩豐富且美觀。而在機(jī)器視覺中，圖像則需提供足夠的信息，例如邊緣、形狀、大小等，用于算法讀取并理解?！叭搜垡曈X和機(jī)器視覺并無孰優(yōu)孰劣之分，因?yàn)閮烧叻?wù)于不同的目的和應(yīng)用。過去人眼視覺主導(dǎo)著成像應(yīng)用和開發(fā)，隨著人工智能的發(fā)展和對智能邊緣設(shè)備的強(qiáng)勁需求，我們預(yù)期會(huì)有更多機(jī)器視覺應(yīng)用的技術(shù)和產(chǎn)品創(chuàng)新。”易繼輝說。機(jī)器視覺應(yīng)用非常廣泛且多樣化，涵蓋了包括電子制造、平板檢測、機(jī)器人、物流等在內(nèi)的多個(gè)細(xì)分市場。目前，中國已成為全球機(jī)器視覺市場增長最快的國家。隨著中國制造2025計(jì)劃的實(shí)施，中國正在試圖改變低成本制造工廠的形象，并建立其作為高品質(zhì)和創(chuàng)新產(chǎn)品品牌的聲譽(yù)。

如何建立強(qiáng)大的以高品質(zhì)和創(chuàng)新為本的企業(yè)文化和承諾，正成為中國企業(yè)面臨的挑戰(zhàn)和機(jī)遇。根據(jù)易繼輝的介紹，為了能夠捕捉移動(dòng)物體的清晰圖像，全局快門技術(shù)已成為機(jī)器視覺市場的基本要求，其效率高低是關(guān)鍵的性能指標(biāo)之一。例如在平板檢測應(yīng)用中，對更高分辨率、更佳圖像均勻性和更高快門速度的需求在不斷提升，其驅(qū)動(dòng)力主要來自于更高的面板分辨率（4K和8K）和生產(chǎn)力的提升，為支持這些需求，高性能小像素技術(shù)至關(guān)重要；而在機(jī)器人和電子制造應(yīng)用中，智能相機(jī)和智能視覺也正成為重要的推動(dòng)因素。在工業(yè)領(lǐng)域，安森美最新推出了X-Class平臺(tái)兩款產(chǎn)品，包括具有4K超高清（4096 x 2180）分辨率的XGS 8000和具有1200萬像素（4096 x 3072）分辨率的XGS 12000。

兩款器件的封裝尺寸均結(jié)合低散熱，是X-Class接口的低電壓、低功耗架構(gòu)所造就的，能夠完全兼容緊湊的29x29 mm2攝像機(jī)設(shè)計(jì)。XGS 12000和XGS 8000將于2018年第二季度開始提供樣品，并計(jì)劃于第三季度量產(chǎn)。兩款器件均采用單色和彩色配置的163引腳LGA封裝。未來X-Class系列產(chǎn)品還將加入基于3.2 um XGS像素的器件和基于其他像素架構(gòu)的產(chǎn)品。

沒有單一技術(shù)可適用于所有應(yīng)用由于車載應(yīng)用、機(jī)器視覺、人臉識別與安防監(jiān)控的快速發(fā)展，以及越來越強(qiáng)大的手機(jī)拍照功能（例如雙攝像頭或三攝像頭），全球CMOS圖像傳感器銷售額屢創(chuàng)新高，市場調(diào)研機(jī)構(gòu)IC Insights統(tǒng)計(jì)，2017年銷售額為125億美元，同比增長19%，預(yù)計(jì)2018年CMOS圖像傳感器銷售額有望達(dá)到137億美元，同比增長10%，將連續(xù)八年創(chuàng)歷史記錄。再向后看，該機(jī)構(gòu)認(rèn)為，一直到2022年，CMOS圖像傳感器都將保持出貨量與銷售額年年創(chuàng)新高的趨勢。

IC Insights在其最新報(bào)告中指出，CMOS圖像傳感器應(yīng)用范圍不斷拓展，新興應(yīng)用持續(xù)涌現(xiàn)，一直在蠶食CCD（電荷耦合器件）的市場份額。由于智能手機(jī)市場日趨成熟，2016年CMOS圖像傳感器增長僅有6%，但非手機(jī)應(yīng)用市場飆升，導(dǎo)致CMOS傳感器市場在2017年同比大增19%，對比一下，CCD就異常慘淡，2016年尚增長5%，但2017年竟然下跌2%，銷售額為16億美元。安森美半導(dǎo)體在CCD和CMOS兩種圖像傳感器技術(shù)領(lǐng)域均有布局。在易繼輝看來，CMOS事實(shí)上已取代CCD成為用于中低分辨率和大體量應(yīng)用的主流技術(shù)。但他也同時(shí)提醒行業(yè)說，目前市場上有誤解，認(rèn)為CMOS技術(shù)適用于所有應(yīng)用，并人為地去開發(fā)并不適合CMOS技術(shù)的產(chǎn)品和應(yīng)用，這種做法是絕對錯(cuò)誤的。

沒有單一技術(shù)可適用于所有應(yīng)用“CCD技術(shù)在某些應(yīng)用中仍具很高的競爭優(yōu)勢，比如在高圖像性能和高分辨率至關(guān)重要的應(yīng)用中，我們看到CCD仍具優(yōu)勢且需求強(qiáng)勁?！币桌^輝列舉的CCD技術(shù)的第一個(gè)應(yīng)用案例來自4K/8K顯示器的檢測，另一個(gè)則來自EMCCD，這種CCD技術(shù)可在極微光條件下提供超高靈敏度，而這正是CMOS技術(shù)難以實(shí)現(xiàn)的。因此，他認(rèn)為為了取得市場的成功和為終端客戶提供最優(yōu)化的產(chǎn)品及服務(wù)，慎重選擇合適的技術(shù)是非常重要的，這些技術(shù)可為特定應(yīng)用提供量身定制的優(yōu)化方案，而非采用一刀切的方式。三大領(lǐng)域的完整布局安森美半導(dǎo)體圖像傳感器主要集中在工業(yè)、消費(fèi)和汽車三大領(lǐng)域?？傮w而言，所有成像應(yīng)用有著許多共同的趨勢和要求，例如更佳的成像性能、更低的成本、更低的功耗等等，但每個(gè)細(xì)分市場基于其獨(dú)特的應(yīng)用又會(huì)有一些特定的要求。

在汽車市場中，隨著ADAS和自動(dòng)駕駛的需求日益增加，高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）和低光靈敏度變得非常重要，因?yàn)橄鄼C(jī)被期待能在所有環(huán)境條件下工作，例如陽光直射、以及夜間有/沒有路燈的條件下；由于越來越多的交通信號燈和交通標(biāo)志配備了LED燈，消除LED閃爍（LFM）的功能已成為汽車圖像傳感器的基本要求；在工業(yè)自動(dòng)化和機(jī)器視覺領(lǐng)域，為捕獲快速移動(dòng)物體的清晰圖像，全局快門已成為重要的要求；在消費(fèi)類以及尤其是物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用中，超低功耗已成為那些靠電池供電應(yīng)用的重要差異化因素。此外，安森美還是業(yè)內(nèi)首家能夠提供具有功能安全和網(wǎng)絡(luò)安全功能圖像傳感器產(chǎn)品陣容的公司。工業(yè)市場布局前文已有闡述，這里，我們將重點(diǎn)關(guān)注汽車與消費(fèi)兩大市場。

汽車新型CMOS圖像傳感器在光度等級、拍照速度與分辨率等方面都在不斷改善，并針對安防監(jiān)控、機(jī)器視覺、人臉識別、手勢交互、虛擬與增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，以及醫(yī)療系統(tǒng)等應(yīng)用集成了更多專用功能，已經(jīng)成為不爭的事實(shí)。IC Insights預(yù)計(jì)，未來5年，車載應(yīng)用將是CMOS圖像傳感器各主要應(yīng)用市場中增速最快的方向，2022年車載CMOS圖像傳感器銷售額可達(dá)28億美元，年復(fù)合增長率高達(dá)38.4%。十多年前，安森美開發(fā)了全球首款汽車圖像傳感器，目前出貨量累計(jì)超過3億顆，支持包括后視、環(huán)視、疲勞監(jiān)控、電子后視鏡、ADAS和自動(dòng)駕駛在內(nèi)的全范圍汽車應(yīng)用。數(shù)據(jù)顯示，安森美占據(jù)全球汽車圖像傳感器市場51%份額，ADAS用圖像傳感器占據(jù)全球70%市場。

但他們的“野心”顯然不止于此，如何將圖像傳感器、雷達(dá)、光達(dá)（LiDAR）和超聲波等多種傳感器件相結(jié)合用于自動(dòng)駕駛領(lǐng)域，如何成為領(lǐng)先的汽車自動(dòng)駕駛傳感器方案供應(yīng)商，才是安森美的目標(biāo)所在。為此，安森美在2017年收購了位于以色列的IBM雷達(dá)設(shè)計(jì)中心，計(jì)劃于今年下半年推出采用雷達(dá)技術(shù)的樣品，并于今年5月收購了硅光電倍增管（SiPM）、單光子雪崩二極管（SPAD）及光達(dá)（LiDAR）感測產(chǎn)品供應(yīng)商SensL Technologies Ltd，以滿足汽車自動(dòng)駕駛、機(jī)器人、醫(yī)療成像等對LiDAR及傳感器融合的需求。

安森美自動(dòng)駕駛方案消費(fèi)無人商店、銷售終端、物流領(lǐng)域?qū)D像傳感器的需求與日俱增，亞馬遜無人商店、機(jī)器人載重自動(dòng)移動(dòng)貨架、機(jī)器人物流系統(tǒng)中都有安森美圖像傳感器的身影。其中，亞馬遜GO無人商店每個(gè)貨架上8個(gè)攝像頭全部來自安森美；美國沃爾瑪采用機(jī)器人自動(dòng)掃描貨架，監(jiān)控貨架缺貨情況，每個(gè)機(jī)器人配置了15個(gè)安森美圖像傳感器。

易繼輝重點(diǎn)提及了中國的安防視頻設(shè)備市場，其規(guī)模在2016年就已達(dá)290億美元，并呈現(xiàn)出2Mp/1080P繼續(xù)搶奪VGA和720P市場份額，2018年5Mp的產(chǎn)量將開始增長的技術(shù)趨勢。目前，安森美圖像傳感器在消費(fèi)領(lǐng)域增長驅(qū)動(dòng)力來自高端安防、掃描、無人機(jī)、物聯(lián)網(wǎng)和OIS/CLAF，其中高端安防產(chǎn)品增長40%。代表性產(chǎn)品包括：AR0522產(chǎn)品近紅外實(shí)現(xiàn)2倍改進(jìn)，應(yīng)用于安防；獲得2018年CES創(chuàng)新大獎(jiǎng)的AR0430借助同步深度映射和紅綠藍(lán)（RGB），單一成像儀同步輸出，一顆攝像頭即可實(shí)現(xiàn)3D深度影像，且功耗極低，幀數(shù)可達(dá)每秒120。