逐浪机器视觉，思特威CIS助力打造工业“感知之眼”

今年以来，以ChatGPT为代表的大语言模型掀起了新一轮AIGC人工智能技术浪潮，而最近Meta推出图像分割大模型SAM，使得用于自然语言处理的Prompt模式也开始被应用在计算机视觉领域。AI研究专家认为，SAM之于计算机视觉的意义，就像是GPT之于大语言模型。

计算机视觉又被称为机器视觉，是人工智能的感知智能领域之一，是机器设备收集、理解信息的主要途径，所以也通常被比喻为机器人的“眼睛”。在智能制造、工业4.0转型趋势下，各类多模态人工智能技术的发展，推动着作为实现智能制造关键技术的机器视觉，也正乘风破浪冲向新蓝海。

2023慕尼黑上海电子生产设备展同期举办的工业机器人革新与电子“智”造高峰论坛上，思特威科技工业和新兴芯片部副总裁金方其发表了题为《逐浪机器视觉，思特威CIS助力打造工业“感知之眼”》的演讲。他比喻说，越来越多的机器视觉应用需要智能终端对信息做出精准且快速的采集与处理，如果说摄像头是机器视觉的眼睛，那么CMOS传感器可以看作是这双“眼睛”的视网膜。

机器视觉有望开启CIS百亿蓝海市场

“在不久的将来，各种各样的机器人将会成为我们生活中不可或缺的一部分。无论是在工业生产领域还是在家庭生活中，机器人都将扮演着越来越重要的角色。”金方其表示，“而机器人的核心技术之一，就是机器视觉。它是机器人获取信息的主要手段，也是机器人‘感知之眼’的核心。”

一个完整的机器视觉系统一般由光学系统(光源、镜头、工业相机)、图像采集单元、图像处理单元、执行机构及人机界面等模块组成。随着工业自动化技术的不断发展，机器视觉在3C电子、新能源、汽车、半导体、光伏等智能制造等领域的应用越来越广泛。智能制造技术需求不断增加，推动着机器视觉市场正乘风破浪冲向新蓝海。

“来自Yole的数据显示，到2026年机器视觉在工业和自动化的市场规模预计将超过百亿元人民币，作为机器视觉核心技术的CIS传感器，也将在此趋势下，迎来日渐火爆的蓝海市场。”他强调，思特威专注高端成像芯片技术，在这片专业级的市场，也将继续以客户需求为核心，以高端创新为驱动，不断推出更加适合机器视觉的智能传感器产品。

成立以来，思特威CIS产品已赋能万千智感视觉应用，包括智能手机、安防监控、车载电子、工业4.0、无人机、扫地机器人、智能教育、智能交通、生物识别等等。思特威将秉持“以前沿智能成像技术，让人们更好地看到和认知世界”的愿景，以客户需求为核心动力，持续推动前沿成像技术升级，拓展产品应用领域，与合作伙伴一起助推未来智能影像技术的深化发展。

Yole数据显示，2021年思特威位居车载CIS市场全球第四、国内第二，在车载应用领域迎来了高速发展。今后亦将在人工智能、手机影像、车载电子等新兴应用领域不断拓展创新。

机器视觉需要怎样的CIS传感器？

制造业转型升级带来对高端工业相机的巨大需求，机器视觉成为必不可少的一环，市场空间广阔。那么，机器视觉应用需要怎样的CIS传感器呢？

金方其指出，无论是工业智能化还是新兴机器视觉应用的发展都面对一个共通的应用场景，就是抓拍高速运动的物体，例如高速飞行下的精准避障需求，智能化流水线上快速运动的目标等等。当前摄像头CMOS图像传感器的曝光方式大致有卷帘曝光（Rolling Shutter）和全局曝光（Global Shutter）两种方式，比如在拍摄同一辆快速驶过的汽车，Rolling shutter的曝光方式采用逐行扫描，在这个过程中存在一定时延，因此会导致成像产生“果冻效应”，最终出来的成图效果是变形的。所以，在机器视觉中全局快门的图像传感器因为成像无畸变，而具有更大的优势。

（图片来自于思特威官网）

据介绍，思特威从2017年开始研发Global Shutter技术并于2018年基于该技术发布了全球首颗BSI像素架构+全局快门的图像传感器产品，并应用在了工业相机上。2019年，思特威GlobalShutter相关的技术层作为开场论文在ISSCC 2019旧金山国际固态电路峰会上首秀，并于同年推出了搭载这一最新技术的SmartGS®系列新产品SC132GS。目前，思特威的SmartGS®全局曝光产品在无人机、扫地机器人、ITS智能交通、车载DMS/OMS和家/商用机器人等新兴机器视觉领域有着出色的市场表现，更是在无人机避障领域占有绝大部分市场。

除了全局曝光以外，机器视觉的应用对CIS传感器的性能、KPI等方面的要求也非常高，包括更高的信噪比，更高的帧率，更高的分辨率，更高的灵敏度、动态范围以及更低的功耗。金方其强调，“快门主要用来控制传感器的有效曝光时间，对普通成像应用而言快门的时间范围通常越大越好。但这并不太适用于需要抓拍到急速移动物体的机器视觉应用，对工业和新兴机器视觉应用来说，往往需要快门速度越快越好。”

他表示，思特威SmartGS®技术具备上述机器视觉对CIS的高性能需求。首先，第二代SmartGS®产品实现了更高的分辨率，是国内企业在大尺寸及大分辨率Global Shutter芯片领域的一次成功破圈。据悉，感光效果好的图像传感器一般基于BSI工艺，但是全局曝光与BSI工艺的融合有较大的难度。截至目前为止，思特威是全球率先实现了基于BSI工艺的全局曝光技术的公司之一。

其次，思特威的专业研发团队拥有出色的IC设计能力，所设计的芯片在灵敏度和信噪比方面都有着不俗的表现。

第三，思特威的PixGain技术，通过在传感器电路中内置Low Gain和High Gain两套转换增益电路，分别控制高亮场景下不过曝和提高暗光场景下对细节的捕捉。

最后，思特威的低功耗读取技术，能够通过内部电路设计优化，可实现模拟功耗和数字功耗的降低。

AI浪潮下，需要更智能的视觉解决方案

随着工业数字化与智能化转型逐渐深入，机器视觉已然成为了与工业应用结合最为紧密的人工智能技术。在AI浪潮下，CIS已经不再仅仅是需要输出图片和视频，更要提供智能化的视觉解决方案。

“3D Stacked技术为图像传感器带来了更大的发挥舞台，也为机器视觉进一步的发展带来更多可能性。”他强调，成像品质对人工智能及机器视觉的发展是具有重要意义的。举例来说，如果输入的图像本身就有过曝或过暗等影像信息缺陷，那即使再强大的AI模型，还是有可能作出错误的识别判断。因此需要图像传感器输出更高质量的图像，以确保信息、细节的完整性就显得尤为关键。

从消费到工业级，思特威开启机器视觉新篇章

随着制造业转型升级的进一步深入，工业CIS传感器将充分受益各产业升级带来的需求扩容。Yole数据显示，2021年工业CIS市场出货量为2.52千万颗，在2021年到2027年的预测期内，工业CIS出货量将以近10%的年复合增长率增长，到2027年将达到4.41千万颗。

金方其介绍，思特威面向机器视觉应用的解决方案主要分为两大类。

首先面阵相机作为工业相机的一个类别，在工业自动化中的应用也极为广泛。通过连续的、面状影像捕捉来实现产品的检测，并可以一次性获取完整的目标图像。工业级面阵图像传感器能够精确地测量形状、尺寸、面积、距离、角度、交点等几何特性从而赋能自动化生产中的定位测量以及缺陷检测等智能应用。

在这一领域，思特威SmartGS®系列自2018年以来已推出了两代产品系列，第一代产品在无人机、扫地机器人、人脸识别、生物识别以及智慧教育等领域获得广泛应用。第二代产品系列得益于创新的SmartGS®-2技术，相较前代技术产品具备更快的快门速度、更高的动态范围，能够精准赋能机器视觉工业应用、智能交通等需求。

线阵相机是另一大类工业相机。工业领域有许多应用场景需要检测连续的材料，例如圆形的金属铁罐、产线上移动的车门，传输带上的布匹等。被检测的物体通常保持匀速运动，需使用一台/多台线阵相机对其逐行连续扫描，以达到对其整个表面的均匀检测。由于工业线阵相机横向可以达到数K分辨率，因此测量的精度可以到微米级别，极适用于此类应用场景。

思特威于2022年底推出了其首颗LA（Linear）线阵系列4K分辨率高速工业CMOS图像传感器——SC430LA。该背照式（BSI）图像传感器搭载创新的SmartGS®-2全局快门技术，依托思特威先进的模拟电路设计，支持出色的Trilinear彩色模式和32x模拟增益，集高稳定性、高精准度、低噪声、高行频四大性能优势于一身，可适用于各种工业环境中，以高传输速度和高图像品质赋能全天候工业线阵相机。

（图片来自于思特威公众号）

LA系列的推出，意味着思特威实现了从机器视觉消费级市场向工业级应用的大步迈进，是思特威加速布局高端机器视觉市场战略的重要里程碑。