【導(dǎo)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模式也開始被應(yīng)用在計(jì)算機(jī)視覺領(lǐng)域。AI研究專家認(rèn)為，SAM之于計(jì)算機(jī)視覺的意義，就像是GPT之于大語(yǔ)言模型。
計(jì)算機(jī)視覺又被稱為機(jī)器視覺，是人工智能的感知智能領(lǐng)域之一，是機(jī)器設(shè)備收集、理解信息的主要途徑，所以也通常被比喻為機(jī)器人的“眼睛”。在智能制造、工業(yè)4.0轉(zhuǎn)型趨勢(shì)下，各類多模態(tài)人工智能技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)著作為實(shí)現(xiàn)智能制造關(guān)鍵技術(shù)的機(jī)器視覺，也正乘風(fēng)破浪沖向新藍(lán)海。
2023慕尼黑上海電子生產(chǎn)設(shè)備展同期舉辦的工業(yè)機(jī)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(jī)器視覺，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(jī)器視覺應(yīng)用需要智能終端對(duì)信息做出精準(zhǔn)且快速的采集與處理，如果說(shuō)攝像頭是機(jī)器視覺的眼睛，那么CMOS傳感器可以看作是這雙“眼睛”的視網(wǎng)膜。
機(jī)器視覺有望開啟CIS百億藍(lán)海市場(chǎng)
“在不久的將來(lái)，各種各樣的機(jī)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(jī)器人都將扮演著越來(lái)越重要的角色。”金方其表示，“而機(jī)器人的核心技術(shù)之一，就是機(jī)器視覺。它是機(jī)器人獲取信息的主要手段，也是機(jī)器人‘感知之眼’的核心。”
一個(gè)完整的機(jī)器視覺系統(tǒng)一般由光學(xué)系統(tǒng)(光源、鏡頭、工業(yè)相機(jī))、圖像采集單元、圖像處理單元、執(zhí)行機(jī)構(gòu)及人機(jī)界面等模塊組成。隨著工業(yè)自動(dòng)化技術(shù)的不斷發(fā)展，機(jī)器視覺在3C電子、新能源、汽車、半導(dǎo)體、光伏等智能制造等領(lǐng)域的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。智能制造技術(shù)需求不斷增加，推動(dòng)著機(jī)器視覺市場(chǎng)正乘風(fēng)破浪沖向新藍(lán)海。
“來(lái)自Yole的數(shù)據(jù)顯示，到2026年機(jī)器視覺在工業(yè)和自動(dòng)化的市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)將超過(guò)百億元人民幣，作為機(jī)器視覺核心技術(shù)的CIS傳感器，也將在此趨勢(shì)下，迎來(lái)日漸火爆的藍(lán)海市場(chǎng)。”他強(qiáng)調(diào)，思特威專注高端成像芯片技術(shù)，在這片專業(yè)級(jí)的市場(chǎng)，也將繼續(xù)以客戶需求為核心，以高端創(chuàng)新為驅(qū)動(dòng)，不斷推出更加適合機(jī)器視覺的智能傳感器產(chǎn)品。
成立以來(lái)，思特威CIS產(chǎn)品已賦能萬(wàn)千智感視覺應(yīng)用，包括智能手機(jī)、安防監(jiān)控、車載電子、工業(yè)4.0、無(wú)人機(jī)、掃地機(jī)器人、智能教育、智能交通、生物識(shí)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(rèn)知世界”的愿景，以客戶需求為核心動(dòng)力，持續(xù)推動(dòng)前沿成像技術(shù)升級(jí)，拓展產(chǎn)品應(yīng)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(shù)據(jù)顯示，2021年思特威位居車載CIS市場(chǎng)全球第四、國(guó)內(nèi)第二，在車載應(yīng)用領(lǐng)域迎來(lái)了高速發(fā)展。今后亦將在人工智能、手機(jī)影像、車載電子等新興應(yīng)用領(lǐng)域不斷拓展創(chuàng)新。
機(jī)器視覺需要怎樣的CIS傳感器？
制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)帶來(lái)對(duì)高端工業(yè)相機(jī)的巨大需求，機(jī)器視覺成為必不可少的一環(huán)，市場(chǎng)空間廣闊。那么，機(jī)器視覺應(yīng)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(jī)器視覺應(yīng)用的發(fā)展都面對(duì)一個(gè)共通的應(yīng)用場(chǎng)景，就是抓拍高速運(yùn)動(dòng)的物體，例如高速飛行下的精準(zhǔn)避障需求，智能化流水線上快速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)等等。當(dāng)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，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(dǎo)致成像產(chǎn)生“果凍效應(yīng)”，最終出來(lái)的成圖效果是變形的。所以，在機(jī)器視覺中全局快門的圖像傳感器因?yàn)槌上駸o(wú)畸變，而具有更大的優(yōu)勢(shì)。
據(jù)介紹，思特威從2017年開始研發(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(gòu) 全局快門的圖像傳感器產(chǎn)品，并應(yīng)用在了工業(yè)相機(jī)上。2019年，思特威Global Shutter相關(guān)的技術(shù)層作為開場(chǎng)論文在ISSCC 2019舊金山國(guó)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(jī)、掃地機(jī)器人、ITS智能交通、車載DMS/OMS和家/商用機(jī)器人等新興機(jī)器視覺領(lǐng)域有著出色的市場(chǎng)表現(xiàn)，更是在無(wú)人機(jī)避障領(lǐng)域占有絕大部分市場(chǎng)。
除了全局曝光以外，機(jī)器視覺的應(yīng)用對(duì)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(qiáng)調(diào)，“快門主要用來(lái)控制傳感器的有效曝光時(shí)間，對(duì)普通成像應(yīng)用而言快門的時(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(jī)器視覺應(yīng)用，對(duì)工業(yè)和新興機(jī)器視覺應(yīng)用來(lái)說(shuō)，往往需要快門速度越快越好。”
他表示，思特威SmartGS?技術(shù)具備上述機(jī)器視覺對(duì)CIS的高性能需求。首先，第二代SmartGS?產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了更高的分辨率，是國(guó)內(nèi)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(jù)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(xiàn)了基于BSI工藝的全局曝光技術(shù)的公司之一。
其次，思特威的專業(yè)研發(fā)團(tuán)隊(duì)擁有出色的IC設(shè)計(jì)能力，所設(shè)計(jì)的芯片在靈敏度和信噪比方面都有著不俗的表現(xiàn)。
第三，思特威的PixGain技術(shù)，通過(guò)在傳感器電路中內(nèi)置Low Gain和High Gain兩套轉(zhuǎn)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(duì)細(xì)節(jié)的捕捉。
最后，思特威的低功耗讀取技術(shù)，能夠通過(guò)內(nèi)部電路設(shè)計(jì)優(yōu)化，可實(shí)現(xiàn)模擬功耗和數(shù)字功耗的降低。
AI浪潮下，需要更智能的視覺解決方案
隨著工業(yè)數(shù)字化與智能化轉(zhuǎn)型逐漸深入，機(jī)器視覺已然成為了與工業(yè)應(yīng)用結(jié)合最為緊密的人工智能技術(shù)。在AI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(tái)，也為機(jī)器視覺進(jìn)一步的發(fā)展帶來(lái)更多可能性。”他強(qiáng)調(diào)，成像品質(zhì)對(duì)人工智能及機(jī)器視覺的發(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?gòu)?qiáng)大的AI模型，還是有可能作出錯(cuò)誤的識(shí)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(xì)節(jié)的完整性就顯得尤為關(guān)鍵。
從消費(fèi)到工業(yè)級(jí)，思特威開啟機(jī)器視覺新篇章
隨著制造業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)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(jí)帶來(lái)的需求擴(kuò)容。Yole數(shù)據(jù)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(yù)測(cè)期內(nèi)，工業(yè)CIS出貨量將以近10%的年復(fù)合增長(zhǎng)率增長(zhǎng)，到2027年將達(dá)到4.41千萬(wàn)顆。
金方其介紹，思特威面向機(jī)器視覺應(yīng)用的解決方案主要分為兩大類。
首先面陣相機(jī)作為工業(yè)相機(jī)的一個(gè)類別，在工業(yè)自動(dòng)化中的應(yīng)用也極為廣泛。通過(guò)連續(xù)的、面狀影像捕捉來(lái)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的檢測(cè)，并可以一次性獲取完整的目標(biāo)圖像。工業(yè)級(jí)面陣圖像傳感器能夠精確地測(cè)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(cè)量以及缺陷檢測(cè)等智能應(yīng)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(jī)、掃地機(jī)器人、人臉識(shí)別、生物識(shí)別以及智慧教育等領(lǐng)域獲得廣泛應(yīng)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)品具備更快的快門速度、更高的動(dòng)態(tài)范圍，能夠精準(zhǔn)賦能機(jī)器視覺工業(yè)應(yīng)用、智能交通等需求。
線陣相機(jī)是另一大類工業(yè)相機(jī)。工業(yè)領(lǐng)域有許多應(yīng)用場(chǎng)景需要檢測(cè)連續(xù)的材料，例如圓形的金屬鐵罐、產(chǎn)線上移動(dòng)的車門，傳輸帶上的布匹等。被檢測(cè)的物體通常保持勻速運(yùn)動(dòng)，需使用一臺(tái)/多臺(tái)線陣相機(jī)對(duì)其逐行連續(xù)掃描，以達(dá)到對(duì)其整個(gè)表面的均勻檢測(cè)。由于工業(yè)線陣相機(jī)橫向可以達(dá)到數(shù)K分辨率，因此測(cè)量的精度可以到微米級(jí)別，極適用于此類應(yīng)用場(chǎng)景。
思特威于2022年底推出了其首顆LA（Linear）線陣系列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全局快門技術(shù)，依托思特威先進(jìn)的模擬電路設(shè)計(jì)，支持出色的Trilinear彩色模式和32x模擬增益，集高穩(wěn)定性、高精準(zhǔn)度、低噪聲、高行頻四大性能優(yōu)勢(shì)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)線陣相機(jī)。
LA系列的推出，意味著思特威實(shí)現(xiàn)了從機(jī)器視覺消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)向工業(yè)級(jí)應(yīng)用的大步邁進(jìn)，是思特威加速布局高端機(jī)器視覺市場(chǎng)戰(zhàn)略的重要里程碑。
來(lái)源：集微網(wǎng)
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