工業(yè)圖像傳感器：CMOS圖像傳感器各細(xì)分領(lǐng)域市場(chǎng)分析
IC Insights報(bào)告顯示，2019年CMOS圖像傳感器的銷售額將增長(zhǎng)9%，達(dá)到155億美元，出貨量將增長(zhǎng)11%，達(dá)61億顆，兩項(xiàng)數(shù)值均創(chuàng)紀(jì)錄。未來(lái)全球CMOS圖像傳感器市場(chǎng)將持續(xù)創(chuàng)新高，IC Insights預(yù)估，2020年銷售額將再增長(zhǎng)4%，達(dá)到161億美元；2022年圖像傳感器市場(chǎng)將成長(zhǎng)至190億美元，將較2018年預(yù)估值大增近4成。
CMOS圖像傳感器這個(gè)大蛋糕，人人都想搶食。縱觀全球圖像傳感器市場(chǎng)，其應(yīng)用正從移動(dòng)設(shè)備逐漸拓展為更多領(lǐng)域。目前手機(jī)攝像頭是CMOS圖像傳感器的最大終端市場(chǎng)，但未來(lái)五年，包括汽車電子、醫(yī)療、安防、工業(yè)、物聯(lián)網(wǎng)等領(lǐng)域?qū)?shí)現(xiàn)爆發(fā)。
手機(jī)：國(guó)產(chǎn)CMOS圖像傳感器爆發(fā)，國(guó)內(nèi)外差距正不斷縮小
長(zhǎng)期以來(lái)，CMOS市場(chǎng)被索尼、三星等日韓廠商主導(dǎo)。據(jù)IHS Markit的數(shù)據(jù)，在CMOS圖像傳感器領(lǐng)域，索尼以49.2%的市占率居于榜首，三星與豪威市占率分別為19.8%與11.2%，前六大廠商占據(jù)90.8%的市場(chǎng)份額，市場(chǎng)高度集中。而隨著國(guó)內(nèi)的CIS玩家格科微、思特威和思比科等的入局和發(fā)展，或?qū)⒋蚱茋?guó)外高度壟斷的壁壘。
國(guó)內(nèi)外CIS產(chǎn)業(yè)差距在過(guò)去的十年內(nèi)不斷縮小，以往在制造質(zhì)量、產(chǎn)品成像性能及供貨方面的差距，因近年來(lái)供應(yīng)鏈共享，大型公司垂直市場(chǎng)的整合以及中國(guó)本土市場(chǎng)發(fā)展等因素的推動(dòng)，正在逐步消失。
值得一提的是，在特定領(lǐng)域，國(guó)產(chǎn)廠商的出貨量甚至已經(jīng)趕超國(guó)際廠商。宏觀上看，手機(jī)攝像頭領(lǐng)域國(guó)際廠商依舊處于引領(lǐng)地位，但微觀來(lái)看，除蘋(píng)果及三星的手機(jī)攝像頭外，中國(guó)手機(jī)品牌市場(chǎng)（包括多攝像頭系統(tǒng)），本土企業(yè)的滲透率已經(jīng)很高，由此趨勢(shì)看來(lái)，國(guó)產(chǎn)CMOS產(chǎn)品與國(guó)際廠商產(chǎn)品比肩的時(shí)代或許已經(jīng)不遠(yuǎn)。
另外，在當(dāng)前國(guó)產(chǎn)進(jìn)口替代需求、國(guó)家政策以及創(chuàng)新應(yīng)用三大成長(zhǎng)動(dòng)力的帶動(dòng)下，中國(guó)半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)技術(shù)水平的提升將成為勢(shì)不可擋的趨勢(shì)。
盡管如此，面對(duì)幾個(gè)強(qiáng)勁的“老玩家”，國(guó)產(chǎn)CIS廠商要做的還有很多。對(duì)于圖像傳感器領(lǐng)域，我們?cè)诎l(fā)展技術(shù)水平的基礎(chǔ)上，還需要緊跟時(shí)代潮流，另辟應(yīng)用領(lǐng)域的“蹊徑”。當(dāng)前，圖像傳感器的應(yīng)用正從移動(dòng)設(shè)備逐漸向更多領(lǐng)域發(fā)展，而這些新興領(lǐng)域是眾廠商的必爭(zhēng)之地，也是中國(guó)圖像傳感器市場(chǎng)的發(fā)展機(jī)遇。
未來(lái)，在手機(jī)領(lǐng)域，CIS技術(shù)將向尺寸越大方向發(fā)展。CIS尺寸對(duì)照相素質(zhì)的影響至關(guān)重要，CIS尺寸越大，對(duì)進(jìn)入攝像頭的光線信息捕捉的越多，對(duì)相片的還原效果就越好。手機(jī)CIS廠商都在盡可能的擴(kuò)大CIS的感光面積以獲得更好的成像質(zhì)量。
安防：2020年的需求量將達(dá)9.12億美元，復(fù)合增長(zhǎng)率36%
無(wú)論是家用還是在外部場(chǎng)景中運(yùn)用到的安防、監(jiān)控以及AI領(lǐng)域用到攝像頭會(huì)不斷增加，因?yàn)槲覀兛吹浆F(xiàn)在所有數(shù)據(jù)都會(huì)通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)上傳到云端處理。這一點(diǎn)對(duì)于其他國(guó)家地區(qū)可能暫時(shí)無(wú)法預(yù)估，但對(duì)于國(guó)內(nèi)來(lái)說(shuō)的確是未來(lái)的一個(gè)發(fā)展趨勢(shì)。
據(jù)IC Insights報(bào)告顯示，預(yù)計(jì)2020年CMOS圖像傳感器的銷售額將再增長(zhǎng)4%，將達(dá)到161億美元。其中全球安防監(jiān)控領(lǐng)域CMOS傳感器在2020年的需求量有望達(dá)到9.12億美元，復(fù)合增長(zhǎng)率為36%。
在這樣的市場(chǎng)需求背景下，國(guó)內(nèi)CMOS圖像傳感器產(chǎn)業(yè)也催生出越來(lái)越多優(yōu)秀的廠商。
另外，在安防領(lǐng)域，CIS技術(shù)將發(fā)展走向以下四種趨勢(shì)：
超低照度和超高紅外感應(yīng)：在安防監(jiān)控的領(lǐng)域，普遍需求更低的低照和超高的紅外感應(yīng)的性能來(lái)做到現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控及錄像回放時(shí)來(lái)實(shí)現(xiàn)更清晰的辨識(shí)人物和物體。
高信噪比：信噪比越高，傳輸圖像信號(hào)質(zhì)量越高。
高動(dòng)態(tài)范圍：高動(dòng)態(tài)范圍是指在非常強(qiáng)烈的對(duì)比下讓攝像機(jī)看到影像。當(dāng)強(qiáng)光源照射及陰影、逆光等同時(shí)存在時(shí)，明亮區(qū)域曝光過(guò)度呈白色，黑暗區(qū)域呈黑色，嚴(yán)重影響圖像質(zhì)量。
高幀率：更高的幀率能有效的解決快速移動(dòng)的物體攝像機(jī)拍攝時(shí)所引起的拖影現(xiàn)象，通常應(yīng)用在道路監(jiān)控等領(lǐng)域。
汽車電子：汽車圖像傳感器全球銷量呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)
車載領(lǐng)域的CIS應(yīng)用包括：后視攝像(RVC)，全方位視圖系統(tǒng)(SVS)，攝像機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)(CMS)，F(xiàn)V/MV，DMS/IMS系統(tǒng) 。
汽車圖像傳感器全球銷量呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)。 后視攝像(RVC)是銷量主力軍，呈穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)，2016年全球銷量為5100萬(wàn)臺(tái)，2018年為6000萬(wàn)臺(tái)，2019年預(yù)計(jì)達(dá)到6500萬(wàn)臺(tái)。 FV/MV全球銷量增長(zhǎng)迅速，2016年為1000萬(wàn)臺(tái)，2018年為3000萬(wàn)臺(tái)，此后，預(yù)計(jì)FV/MV將依舊保持迅速增長(zhǎng)趨勢(shì)，預(yù)計(jì)2019年銷量可達(dá)4000萬(wàn)臺(tái)，2021可達(dá)7500萬(wàn)臺(tái)，直逼RVC全球銷量。
汽車圖像傳感器全球市場(chǎng)
質(zhì)量方面，車載CIS需要比工業(yè)級(jí)別要求更高的車載安全級(jí)別，尤其是對(duì)與前置ADAS的鏡頭安全等級(jí)要求更高。
1）溫度要求：車載攝像頭溫度范圍在-40度-80度。
2）防磁抗震：汽車啟動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生極高的電磁脈沖，車載攝像頭必須具備極高的防磁抗震的可靠性。
3）較長(zhǎng)的壽命：車載攝像頭的壽命至少要在8-10年以上才能滿足要求。
功能方面，車載攝像頭要在復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)路況環(huán)境下都都能保證采集到穩(wěn)定的數(shù)據(jù)。
1）高動(dòng)態(tài)：在較暗環(huán)境以及明暗差異較大下仍能實(shí)現(xiàn)識(shí)別，要求攝像頭CMOS具有高動(dòng)態(tài)的特性。
2）中低像素：為降低芯片處理的負(fù)擔(dān)，攝像頭的像素并不需要非常高。200以下像素已經(jīng)能滿足要求。
3）可視角度：對(duì)于環(huán)視和后視，一般采用135度以上的廣角鏡頭，前置攝像頭對(duì)視距要求更大，一般采用155度的范圍
工業(yè)：全局快門(mén)技術(shù)已成為基本要求
在工業(yè)應(yīng)用中，CMOS圖像傳感器非常重要的應(yīng)用之一便是自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI，Automated Optical Inspection）。在顯示面板檢測(cè)、PCB（印制板）檢測(cè)等諸多應(yīng)用中，人工檢測(cè)已無(wú)法勝任，只有依靠自動(dòng)光學(xué)。而隨著面板尺寸和分辨率、PCB電路復(fù)雜度等的提升，檢測(cè)用CMOS圖像傳感器的像素要求也在不斷提升。
以顯示面板檢測(cè)為例，配套的AOI用CMOS圖像傳感器像素正在不斷提升——從早先的5 MP到12 MP，再到2018年主流的20 MP，以及今年開(kāi)始廣泛使用的50 MP像素。
由于CMOS圖像傳感器逐行掃描式的成像原理，當(dāng)成像物體高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生“果凍效應(yīng)”，導(dǎo)致成像變形。而在高速運(yùn)動(dòng)的生產(chǎn)線上，“果凍效應(yīng)”嚴(yán)重影響了CMOS圖像傳感器的應(yīng)用。
因此，業(yè)界推出了“全局快門(mén)”（Global Shutter）的概念。通過(guò)整片CMOS圖像傳感器整體曝光，可以實(shí)現(xiàn)高速物體成像無(wú)變形的效果，這對(duì)于目前炙手可熱的機(jī)器視覺(jué)與圖像識(shí)別算法的實(shí)現(xiàn)而言至關(guān)重要。
為了能夠捕捉移動(dòng)物體的清晰圖像，全局快門(mén)技術(shù)已成為機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)的基本要求，其效率高低是關(guān)鍵的性能指標(biāo)之一。
2018年Sony發(fā)布了全球首款全局快門(mén)背照式傳感器。在此之前，市場(chǎng)上的所有背照式傳感器均為卷簾快門(mén)，因而會(huì)在拍攝高速運(yùn)動(dòng)的物體時(shí)產(chǎn)生“果凍效應(yīng)”造成物體嚴(yán)重變形，但擁有全局快門(mén)的傳感器則能夠通過(guò)讓傳感器上的單個(gè)像素點(diǎn)在同一時(shí)間捕捉到光線信號(hào)從而有效解決這一問(wèn)題。
一般的CMOS感光器要實(shí)現(xiàn)全局快門(mén)必須在像素邊安插可以存儲(chǔ)電荷的繼電器，將電荷臨時(shí)存儲(chǔ)，統(tǒng)一進(jìn)入另行的ADC中。存儲(chǔ)電荷的繼電器不能感光，將占用光電二極管的有效感光面積，而導(dǎo)致感光器的靈敏度大幅下降。
SONY發(fā)布的產(chǎn)品采用了堆棧式結(jié)構(gòu)，其每個(gè)像素的ADC結(jié)構(gòu)并非和像素區(qū)在同層，而是分開(kāi)在上下層（不用擔(dān)心ADC占用感光區(qū)的有效面積），感光器的每個(gè)像素感光后，立即將同時(shí)曝光的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信息存儲(chǔ)在數(shù)字存儲(chǔ)器中，從而達(dá)到完全同步的曝光時(shí)間。 而同時(shí)其堆棧式的上下層結(jié)構(gòu)也另邏輯數(shù)字處理電路完全不占用有效的感光面積。
另外，傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器芯片的工作溫度范圍往往不能滿足工業(yè)應(yīng)用的需求，這就要求CMOS圖像傳感器芯片設(shè)計(jì)者從設(shè)計(jì)、制造、封裝等多個(gè)層面出發(fā)，擴(kuò)大工作溫度。
醫(yī)療：醫(yī)療成像設(shè)備市場(chǎng)將達(dá)350億美元
與其他具有更高產(chǎn)量和更高成本敏感性的市場(chǎng)相比，圖像傳感器在醫(yī)療影像市場(chǎng)應(yīng)用有其鮮明的特點(diǎn)：其封裝步驟通常由設(shè)備制造商控制。
圖像傳感器技術(shù)正逐漸在行業(yè)中創(chuàng)造顛覆性力量，從2014年開(kāi)始，市場(chǎng)發(fā)展迅速，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇：韓國(guó)和中國(guó)出現(xiàn)更多新參與者，成為現(xiàn)有大型企業(yè)的潛在障礙，行業(yè)完全整合的可能性降低。
圖像傳感器在醫(yī)療影像市場(chǎng)具有多元應(yīng)用場(chǎng)景：X-ray、內(nèi)窺鏡、分子成像、光學(xué)相干斷層掃描以及超聲成像 。
醫(yī)療影像市場(chǎng)應(yīng)用
醫(yī)療成像設(shè)備行業(yè)是一個(gè)巨大的350億美元的市場(chǎng)，2016年至2022年預(yù)計(jì)復(fù)合年增長(zhǎng)率達(dá)5.5％。
2016年，醫(yī)療傳感器市場(chǎng)規(guī)模3.5億美元，預(yù)計(jì)2016年至2022年復(fù)合增長(zhǎng)率8.3％，到2022年將達(dá)6億美元 。
根據(jù)應(yīng)用技術(shù)不同，醫(yī)療圖像傳感器可分為CCD，CIS，a-Si FPD（非晶硅薄膜晶體管平面探測(cè)器），a-Se FPD（非晶硒薄膜晶體管平板探測(cè)器），SiPM（硅光電倍增管）、cMUT（電容微機(jī)械超聲換能器）和pMUT（壓電微機(jī)械超聲換能器） 。其中，CMOS傳感器憑借其在通過(guò)更小的像素尺寸獲得更高分辨率、降低噪聲水平和暗電流以及低成本方面的優(yōu)越性在醫(yī)療影像領(lǐng)域得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，未來(lái)市場(chǎng)看漲。
目前，CMOS圖像傳感器主要應(yīng)用于X-Ray以及內(nèi)窺鏡領(lǐng)域。目前，X射線成像幾乎完全基于半導(dǎo)體技術(shù)。使用非晶硅（aSi）和CMOS的平板探測(cè)器占據(jù)了市場(chǎng)的最大份額，其次是硅光電二極管陣列探測(cè)器。預(yù)計(jì)銦鎵鋅氧化物（IGZO）平板將于2021年進(jìn)入市場(chǎng)，直接與aSi和CMOS競(jìng)爭(zhēng)，但CMOS仍然是主流應(yīng)用。
2018年，以CMOS X-Ray成像設(shè)備市場(chǎng)收入2.45億美元，預(yù)計(jì)2024年將增長(zhǎng)到5.1億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率13%。
未來(lái)，CIS技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的發(fā)展趨勢(shì)如下：
（1）X光機(jī)市場(chǎng)上圖像傳感器將由非晶硅轉(zhuǎn)向CMOS
在醫(yī)療和生物用圖像傳感器市場(chǎng)上，X光機(jī)使用的大尺寸傳感器占了大部分份額，在該領(lǐng)域的收益中占到90％。
非晶硅技術(shù)適合以低輻射劑量進(jìn)行大面積體表照射。但由于像素尺寸最小為100μm左右，因此分辨率不足以用于一些特殊的用途。另外，讀取速度也有限，因此處理性能達(dá)不到手術(shù)中的螢光透視等實(shí)時(shí)攝像要求的水平。
隨著CMOS處理器的成本不斷下降，使用CMOS處理器的超薄平板探測(cè)器開(kāi)始搶占非晶硅平板探測(cè)器的份額。
（2）單一光子檢測(cè)掀起癌癥治療革命
由于照到CMOS傳感器上的單一光子能量已經(jīng)能夠測(cè)量出來(lái)，現(xiàn)在完全可以處理光子所穿透的體組織的信息了。如果癌的實(shí)際尺寸和擴(kuò)散程度能夠準(zhǔn)確拍成圖像，這將掀起一場(chǎng)癌癥治療革命。
（3）3D成像對(duì)牙科有幫助
CMOS超薄面板還能以遠(yuǎn)低于現(xiàn)有CT技術(shù)的輻射劑量實(shí)現(xiàn) 3D成像。這有助于檢查患者的牙齒咬合情況，還有助于簡(jiǎn)化假牙的制作和安裝。
（4）內(nèi)窺鏡將走向“chip-to-tip”
柔性內(nèi)窺鏡的主要趨勢(shì)是“chip-to-tip”。就是將很小的傳感器芯片移到內(nèi)窺鏡頂端以減小內(nèi)窺鏡尺寸，為傳遞電信號(hào)用細(xì)線代替光纖，為簡(jiǎn)化插入操作而提高柔軟度。另外，低成本CMOS傳感器還有望實(shí)現(xiàn)一次性內(nèi)窺鏡。這是因?yàn)椋嬖谫?gòu)買新的內(nèi)窺鏡比消毒成本更低以及消毒不到位等情況。通過(guò)更好的設(shè)計(jì)，像素的靈敏度和信噪比將得到改善。
物聯(lián)網(wǎng)：AI將是CMOS圖像傳感器最活躍的市場(chǎng)之一
眾所周知，未來(lái)將會(huì)是一個(gè)萬(wàn)物互聯(lián)的時(shí)代，而實(shí)現(xiàn)萬(wàn)物互聯(lián)則需要進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，在許多應(yīng)用場(chǎng)景中，數(shù)據(jù)采集的工作都是通過(guò)攝像頭來(lái)完成。這也意味著，CMOS圖像傳感器市場(chǎng)需求增長(zhǎng)的腳步還會(huì)持續(xù)加快。
其中，AI將是CMOS圖像傳感器最活躍的市場(chǎng)之一。攝像頭作為AI前端的數(shù)據(jù)采集設(shè)備，未來(lái)將會(huì)繼續(xù)保持快速增長(zhǎng)，并持續(xù)向高端化方向發(fā)展。
誠(chéng)然，未來(lái)隨著人工智能、IoT、ADAS等新技術(shù)應(yīng)用的不斷成熟發(fā)展，新技術(shù)與新應(yīng)用的落地也為CMOS圖像傳感器提供了巨大的潛在市場(chǎng)。例如，為了提升機(jī)器的感知力，未來(lái)圖像傳感器勢(shì)必往小型化、便捷化的方向繼續(xù)發(fā)展，搭載AI運(yùn)算的智能機(jī)器人也將成為智能化發(fā)展的趨勢(shì)。在人臉識(shí)別、智能交互功能的帶動(dòng)下，以智能識(shí)別支付系統(tǒng)、智能門(mén)禁系統(tǒng)、身份識(shí)別和遠(yuǎn)程醫(yī)療分析等應(yīng)用落地普及為支點(diǎn)，IoT產(chǎn)業(yè)將持續(xù)拉動(dòng)CMOS圖像傳感器的市場(chǎng)需求體量。
值得一提的是，受到2020年初突然爆發(fā)的疫情影響，未來(lái)實(shí)時(shí)身份認(rèn)證系統(tǒng)、遠(yuǎn)程健康監(jiān)控及遠(yuǎn)程醫(yī)療電子設(shè)備的廣泛應(yīng)用前景看好，并有望進(jìn)一步落地普及，這或?qū)?lái)下一輪技術(shù)創(chuàng)新的熱潮。
結(jié)語(yǔ)：
圖像傳感器是當(dāng)今應(yīng)用最普遍、重要性最高的傳感器之一。手機(jī)是CMOS傳感器的最大應(yīng)用市場(chǎng)，汽車、安防等新應(yīng)用領(lǐng)域也正在高速成長(zhǎng)。 隨著多攝像頭手機(jī)的普及以及自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，相信CMOS傳感器的高速發(fā)展仍不會(huì)停止。
工業(yè)圖像傳感器：工業(yè)機(jī)器視覺(jué)：光源，鏡頭，圖像傳感器相機(jī)
工業(yè)機(jī)器視覺(jué)：光源，鏡頭，圖像傳感器相機(jī)
Edited by 4thInstitute
一、工業(yè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)
工業(yè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)可分為嵌入式系統(tǒng)與板卡式系統(tǒng)(PC-based)兩類。中國(guó)工業(yè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)中嵌入式機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)約占三分之二，PC-based機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)占比三分之一。
PC-based系統(tǒng)很容易與直接連接的相機(jī)或圖像采集板連接，并得到可配置的機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用軟件的支持。此外，個(gè)人電腦提供了豐富的自定義代碼開(kāi)發(fā)選項(xiàng)，使用相應(yīng)的編程語(yǔ)言，如VisualC/C++、Visual Basic和Java，以及圖形化編程環(huán)境。然而，開(kāi)發(fā)往往是漫長(zhǎng)而復(fù)雜的，所以通常適用于非標(biāo)定制設(shè)備，并且需要高級(jí)機(jī)器視覺(jué)用戶和程序員來(lái)開(kāi)發(fā)。
中國(guó)工業(yè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)由外資企業(yè)主導(dǎo)，主要有康耐視，基恩士，歐姆龍，西克和邦納，其中康耐視和基恩士?jī)杉揖佑邶堫^領(lǐng)先地位。本土企業(yè)非常分散，其中大恒，奧普特，凌華科技和凌云光子等位于前列。
工業(yè)機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的上游為組成機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)的零部件，主要包括光源、鏡頭、工業(yè)相機(jī)、圖像采集卡和平臺(tái)軟件。在上游部件中工業(yè)相機(jī)的規(guī)模最大，平臺(tái)軟件的占比最小。上游部件中，平臺(tái)軟件與鏡頭的市場(chǎng)集中程度高，由外資主導(dǎo)；工業(yè)相機(jī)、光源、圖像采集卡的本土化程度高，競(jìng)爭(zhēng)激烈。
二、工業(yè)機(jī)器視覺(jué)核心零部件廠商：
三、零部件簡(jiǎn)介：
1）光源
打光是成功的機(jī)器視覺(jué)結(jié)果的一個(gè)關(guān)鍵。機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)通過(guò)分析物體的反射光來(lái)創(chuàng)建圖像，而不是通過(guò)分析物體本身。照明技術(shù)涉及光源及其相對(duì)于部件和相機(jī)的位置。特定的照明技術(shù)可以增強(qiáng)圖像，使其否定一些特征而增強(qiáng)其他特征，通過(guò)使一個(gè)零件的輪廓變得更清晰，從而使該零件變得更漂亮。
背光
對(duì)于只需要外部或邊緣測(cè)量的應(yīng)用場(chǎng)景，背光增強(qiáng)了物體的輪廓。背光有助于檢測(cè)形狀，使尺寸測(cè)量更可靠。
軸向漫射光
軸向漫射照明將光線從側(cè)面（同軸）耦合到光路中。使用一面半透明的鏡子從側(cè)面照亮，將光線向下投射到零件上。該部件通過(guò)半透明的鏡子將光線反射到相機(jī)上，從而形成一個(gè)非常均勻的照明和均勻的圖像。
結(jié)構(gòu)光
結(jié)構(gòu)光是以已知角度向物體投射光型（平面、網(wǎng)格或更復(fù)雜的形狀）。它對(duì)于提供與對(duì)比度無(wú)關(guān)的表面檢查、獲取尺寸信息和計(jì)算體積非常有用。
暗場(chǎng)照明
定向照明更容易揭示表面缺陷，包括暗場(chǎng)和明場(chǎng)照明。暗場(chǎng)照明通常是低對(duì)比度應(yīng)用的首選。在暗場(chǎng)照明中，鏡面反射光從相機(jī)反射出去，來(lái)自表面紋理和高程變化的漫射光反射到相機(jī)中。
亮場(chǎng)照明
亮場(chǎng)照明是高對(duì)比度應(yīng)用的理想選擇。但是，高方向性光源（如高壓鈉和石英鹵素）可能會(huì)產(chǎn)生尖銳的陰影，并且通常不會(huì)在整個(gè)視野中提供一致的照明。因此，發(fā)光或反射表面上的熱點(diǎn)和鏡面反射可能需要更漫射的光源，以便在明亮區(qū)域提供均勻的照明。
漫射穹頂照明
漫射穹頂照明為感興趣的特征提供最均勻的照明，并且可以掩蓋不感興趣的不規(guī)則現(xiàn)象，可能會(huì)對(duì)場(chǎng)景產(chǎn)生混淆。
頻閃照明
頻閃照明在高速應(yīng)用中用于凍結(jié)移動(dòng)物體以供檢查。使用閃光燈也有助于防止模糊。
2）鏡頭
鏡頭捕捉圖像并將其傳遞給相機(jī)中的圖像傳感器。鏡頭的光學(xué)質(zhì)量和價(jià)格各不相同，所使用的鏡頭決定了所捕獲圖像的質(zhì)量和分辨率。大多數(shù)視覺(jué)系統(tǒng)相機(jī)提供兩種主要類型的鏡頭。
可換鏡頭和固定鏡頭。可更換的鏡頭通常是C-卡口或CS-卡口。鏡頭和鏡頭的正確組合將獲得最佳的圖像。作為獨(dú)立視覺(jué)系統(tǒng)的一部分，固定鏡頭通常使用自動(dòng)對(duì)焦，它可以是一個(gè)機(jī)械調(diào)整的鏡頭，也可以是一個(gè)可以自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)零件的液體鏡頭。自動(dòng)對(duì)焦鏡頭在給定的距離上通常有一個(gè)固定的視場(chǎng)。
3）圖像傳感器-相機(jī)
照相機(jī)捕捉被檢查物體的正確照明圖像的能力不僅取決于鏡頭，而且還取決于照相機(jī)內(nèi)的圖像傳感器。圖像傳感器通常使用電荷耦合器件（CCD）或互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體（CMOS）技術(shù)，將光（光子）轉(zhuǎn)換成電信號(hào)（電子）。從本質(zhì)上講，圖像傳感器的工作是捕捉光線并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字圖像，以平衡噪音、靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍。該圖像是一個(gè)像素的集合。弱光會(huì)產(chǎn)生黑暗的像素，而強(qiáng)光會(huì)產(chǎn)生較亮的像素。重要的是，要確保相機(jī)具有適合應(yīng)用的傳感器分辨率。
分辨率越高，圖像的細(xì)節(jié)就越多，測(cè)量也就越準(zhǔn)確。零件尺寸、檢查公差和其他參數(shù)將決定所需的分辨率。
2019年機(jī)器視覺(jué)相機(jī)市場(chǎng)份額：
CMOS圖像傳感器目前在工業(yè)視覺(jué)市場(chǎng)上占主導(dǎo)地位，擁有92%的市場(chǎng)銷售額，而CCD將繼續(xù)下降，并保持在醫(yī)療和國(guó)防等小眾、高端領(lǐng)域。
像素尺寸的縮小是帶來(lái)額外性能的基本趨勢(shì)；
圖像傳感器在邏輯IC上的堆疊進(jìn)一步加速了圖像處理電路和像素的整合，導(dǎo)致新型芯片的出現(xiàn)；
集成，導(dǎo)致新類型的芯片出現(xiàn)：GS, 3D ToF...
人工智能將是集成的下一個(gè)層次
2019-2020年CMOS圖像傳感器技術(shù)的像素尺寸：
三維相機(jī)技術(shù)：性能、應(yīng)用和工藝
工業(yè)圖像傳感器：工業(yè)用圖像傳感器的新動(dòng)向
隨著視覺(jué)信息在工業(yè)應(yīng)用中變得愈發(fā)重要，未來(lái)CMOS圖像傳感器將從工業(yè)應(yīng)用中獲得巨大發(fā)展機(jī)遇。目前已有不少工業(yè)自動(dòng)化應(yīng)用中使用了CMOS圖像傳感器。然而隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)大，CMOS圖像傳感器也面臨著諸多挑戰(zhàn)，解決這些挑戰(zhàn)正是未來(lái)CMOS傳感器發(fā)展的主要技術(shù)動(dòng)向。
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1 加快產(chǎn)品迭代滿足不斷提升的分辨率需求
在工業(yè)應(yīng)用中，CMOS圖像傳感器非常重要的應(yīng)用之一便是自動(dòng)光學(xué)檢測(cè)（AOI，Automated Optical Inspection）。在顯示面板檢測(cè)、PCB（印制板）檢測(cè)等諸多應(yīng)用中，人工檢測(cè)已無(wú)法勝任，只有依靠自動(dòng)光學(xué)。而隨著面板尺寸和分辨率、PCB電路復(fù)雜度等的提升，檢測(cè)用CMOS圖像傳感器的像素要求也在不斷提升。
以顯示面板檢測(cè)為例，配套的AOI用CMOS圖像傳感器像素正在不斷提升——從早先的5 MP到12 MP，再到2018年主流的20 MP，以及今年開(kāi)始廣泛使用的50 MP像素。
思特威目前正針對(duì)這一趨勢(shì)，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)分辨率更高的產(chǎn)品，以幫助工業(yè)用戶滿足其在AOI應(yīng)用上的需求。
2 全局快門(mén)解決高速運(yùn)動(dòng)下的圖像變形問(wèn)題
由于CMOS圖像傳感器逐行掃描式的成像原理，當(dāng)成像物體高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，便會(huì)產(chǎn)生“果凍效應(yīng)”，導(dǎo)致成像變形。而在高速運(yùn)動(dòng)的生產(chǎn)線上，“果凍效應(yīng)”嚴(yán)重影響了CMOS圖像傳感器的應(yīng)用。
因此，業(yè)界推出了“全局快門(mén)”（Global Shutter）的概念。通過(guò)整片CMOS圖像傳感器整體曝光，可以實(shí)現(xiàn)高速物體成像無(wú)變形的效果，這對(duì)于目前炙手可熱的機(jī)器視覺(jué)與圖像識(shí)別算法的實(shí)現(xiàn)而言至關(guān)重要。
當(dāng)然，全局快門(mén)只是一個(gè)技術(shù)點(diǎn)，目前思特威的SmartGS系列產(chǎn)品將BSI（Backside Illuminated，背照式）、單幀HDR等技術(shù)應(yīng)用于全局快門(mén)CMOS圖像傳感器中，面向工業(yè)推出了多款具有競(jìng)爭(zhēng)力產(chǎn)品，未來(lái)還將繼續(xù)研發(fā)及發(fā)布更高性能的產(chǎn)品。
3 獨(dú)特技術(shù)優(yōu)勢(shì)應(yīng)對(duì)復(fù)雜光照條件
在很多工業(yè)應(yīng)用環(huán)境中，由于環(huán)境或其他因素的限制，往往存在十分復(fù)雜的光照條件，例如低光照、明暗對(duì)比極大等情況。這就要求所采用的CMOS圖像傳感器擁有非常優(yōu)秀的低光照性能和高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）性能。
思特威在低光照、HDR等方面都擁有不俗的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，而通過(guò)將這些技術(shù)優(yōu)勢(shì)應(yīng)用于工業(yè)用CMOS圖像傳感器產(chǎn)品，思特威先后推出了具有高感度和HDR功能的CMOS傳感器產(chǎn)品SC2210、SC4210。這兩款產(chǎn)品主要針對(duì)復(fù)雜環(huán)境，能夠?qū)崿F(xiàn)具備高適應(yīng)性的成像性能。
4 創(chuàng)新工藝助芯片適應(yīng)惡劣工作條件
提到工業(yè)應(yīng)用，嚴(yán)苛的工作溫度是所有相關(guān)傳感器不可回避的問(wèn)題之一。傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器芯片的工作溫度范圍往往不能滿足工業(yè)應(yīng)用的需求，這就要求CMOS圖像傳感器芯片設(shè)計(jì)者從設(shè)計(jì)、制造、封裝等多個(gè)層面出發(fā)，擴(kuò)大工作溫度。
2019年7月，思特威發(fā)布了兩款全新工業(yè)級(jí)CMOS圖像傳感器——SC2310T與SC4210T。這兩款產(chǎn)品兼具思特威獨(dú)特的像素技術(shù)與業(yè)界領(lǐng)先的工作溫度范圍，能夠?yàn)閻毫庸ぷ鳝h(huán)境中的應(yīng)用提供超低光照條件下的極佳成像性能，以及高達(dá)100 dB的動(dòng)態(tài)范圍。
工業(yè)圖像傳感器：這兩款全新工業(yè)級(jí)CMOS圖像傳感器，有哪些技術(shù)看點(diǎn)？
接觸器
近日，CMOS圖像傳感器供應(yīng)商思特威科技（SmartSens）發(fā)布了兩款全新工業(yè)級(jí)CMOS圖像傳感器——SC2310T與SC4210T。據(jù)悉，這兩款產(chǎn)品兼具思特威科技獨(dú)特的像素技術(shù)與業(yè)界領(lǐng)先的工作溫度范圍，能夠?yàn)閻毫庸ぷ鳝h(huán)境中的應(yīng)用提供超低光照條件下的極佳成像性能，以及高達(dá)100db的動(dòng)態(tài)范圍。
當(dāng)前，隨著CMOS圖像傳感器應(yīng)用場(chǎng)景的不斷擴(kuò)大，CMOS圖像傳感器在部分場(chǎng)景中需要面對(duì)來(lái)自超低光照條件和極端工作溫度所帶來(lái)的挑戰(zhàn)。為了滿足市場(chǎng)的需要，思特威科技結(jié)合其獨(dú)特的像素技術(shù)，針對(duì)這些應(yīng)用場(chǎng)景開(kāi)發(fā)了SC2310T與SC4210T兩款產(chǎn)品，能夠在-40攝氏度至85攝氏度的工作溫度范圍內(nèi)，為工業(yè)應(yīng)用提供更低功耗條件下更高的低光照成像性能，SNR1s達(dá)到業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的0.21 lux。
此外，分辨率為200萬(wàn)像素的SC2310T與400萬(wàn)像素的SC4210T均采用了BSI背照式像素技術(shù)，支持高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）模式下60Hz的幀率，從而實(shí)現(xiàn)清晰準(zhǔn)確的成像效果。
思特威科技首席市場(chǎng)官姚汝暉表示：“思特威科技成立9年來(lái)，我們開(kāi)發(fā)了種類豐富的CMOS圖像傳感器產(chǎn)品，被廣泛應(yīng)用于諸多場(chǎng)景，例如運(yùn)動(dòng)相機(jī)、無(wú)人機(jī)、掃地機(jī)器人、行車記錄儀、安防攝像頭以及智能家居等。而此次推出的SC2310T和SC4210T，則將我們產(chǎn)品的應(yīng)用場(chǎng)景進(jìn)一步拓展，幫助我們的客戶開(kāi)發(fā)出諸多適應(yīng)惡劣工作環(huán)境和超低光照條件的產(chǎn)品，以滿足市場(chǎng)日益增加的需求。”
目前，SC2310T與SC4210T樣片已經(jīng)面世，預(yù)計(jì)將于2019年7月實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)。
