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全局快門技術(shù)何以成計(jì)算機(jī)視覺首選?



人工智能的應(yīng)用進(jìn)入深水區(qū),大量的計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)也走到前臺(tái)。而計(jì)算機(jī)視覺的實(shí)現(xiàn)離不開圖像傳感器的支撐,在這方面全局快門傳感器以極具競(jìng)爭(zhēng)力的成本、精準(zhǔn)的測(cè)量成為首選的成像技術(shù)。

計(jì)算機(jī)視覺將走向全局快門

計(jì)算機(jī)視覺作為人工智能領(lǐng)域的一個(gè)分支,能夠讓計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)從數(shù)字圖像、視頻和其它的視覺輸入數(shù)據(jù)中提取有意義的信息,并根據(jù)這些信息采取行動(dòng)或提出建議。

ST亞太區(qū)影像事業(yè)部技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理林國(guó)志介紹,從計(jì)算機(jī)視覺的應(yīng)用場(chǎng)景來(lái)看,主要有四大類,一是深度感應(yīng),用于面容識(shí)別和3D掃描等應(yīng)用場(chǎng)景。二是生物識(shí)別,這項(xiàng)應(yīng)用采集人體各個(gè)部位的信息并將其用于身份識(shí)別,包括人臉、掌紋和虹膜等。二是AR/VR/MR,在元宇宙的概念下熱度進(jìn)一步升溫。四是機(jī)器人與工業(yè)控制,如無(wú)人機(jī)和清潔機(jī)器人在使用過(guò)程中需要避免相撞,需要物體檢測(cè)和場(chǎng)景分析能力,包括條形碼識(shí)別等。

而上述應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)都將通過(guò)一個(gè)關(guān)鍵載體,這就是全局快門傳感器。

之所以全局快門當(dāng)?shù)?span>”,林國(guó)志對(duì)此解釋說(shuō),作為傳感器兩種技術(shù)之一,卷簾快門傳感器的設(shè)計(jì)是為了捕捉靜態(tài)圖像和視頻拍攝,因此擁有非常高的分辨率和顏色處理能力。但其缺點(diǎn)在于,它是逐行拍攝圖像,拍攝和曝光時(shí)間過(guò)長(zhǎng),如果拍攝對(duì)象是汽車這樣的快速移動(dòng)物體,圖像可能發(fā)生扭曲,而且功耗過(guò)高,不適合用于計(jì)算機(jī)視覺。而全局快門的原理則完全不同,它是一次拍攝整幅圖像,所有像素同時(shí)曝光。而且成像效果準(zhǔn)確,曝光時(shí)間短,功耗也低,未來(lái)計(jì)算機(jī)視覺將走向全局快門。

針對(duì)這一市場(chǎng)需求,ST推出了兩類產(chǎn)品:一類是VD55G0,像素為40萬(wàn);另一類是VD56G3,像素為150萬(wàn)。林國(guó)志補(bǔ)充說(shuō),這兩類產(chǎn)品擁有三大優(yōu)勢(shì):首先是傳感器 940nm 具有最高的量子效率,這會(huì)帶來(lái)極高的 NIR 敏感度;其次,正方形傳感器的分辨率與鏡頭形成最佳匹配;最后,ST的傳感器拍攝時(shí)間很短,在確保準(zhǔn)確成像的同時(shí)降低系統(tǒng)功耗。

需要指出的是,卷簾快門像素點(diǎn)常見的在1.1微米以下,而全局快門通常在2.2微米以上。因而ST亞太區(qū)影像事業(yè)部技術(shù)市場(chǎng)高級(jí)經(jīng)理張程怡分析,在傳統(tǒng)的消費(fèi)照相、影像領(lǐng)域,卷簾快門傳感器應(yīng)當(dāng)還是會(huì)大受歡迎的。而且,汽車ADAS或后視鏡仍將以卷簾快門傳感器為主,但在駕駛者及乘客監(jiān)控、汽車娛樂(lè)信息系統(tǒng)以及汽車安全等領(lǐng)域,全局快門傳感器將得到大量應(yīng)用。

全局快門應(yīng)用全面覆蓋

基于全局快門傳感器的優(yōu)勢(shì),其在消費(fèi)、工業(yè)、汽車等不同領(lǐng)域找到了新的用武之地。

但顯然,不同行業(yè)對(duì)圖像傳感器的需求不同,需要分而治之。張程怡指出,對(duì)于智能家居的應(yīng)用需要考慮周全,因?yàn)橛脩舨⒉幌M麛z像頭全天候地監(jiān)視,但又需要傳感器帶來(lái)的舒適感。針對(duì)此,ST的全局快門傳感器開發(fā)了一系列人機(jī)交互的功能,如人數(shù)統(tǒng)計(jì)、人臉識(shí)別等。

在筆記本和PC領(lǐng)域,張程怡認(rèn)為,應(yīng)用全局快門技術(shù)的意義在于可以進(jìn)行面部識(shí)別、手勢(shì)控制、眼動(dòng)追蹤、舒適度監(jiān)測(cè)和隱私保護(hù)。此外,ST還提供ToFALS產(chǎn)品,可進(jìn)行存在檢測(cè)、電池續(xù)航、屏幕亮度自動(dòng)調(diào)節(jié)和隱私保護(hù)。

不得不說(shuō),智能汽車對(duì)攝像頭的需求發(fā)展迅速。據(jù)Yole統(tǒng)計(jì),2021年底車內(nèi)攝像頭的市場(chǎng)滲透率約為 10%,而到2024年則將達(dá)到50%。

在車內(nèi)攝像頭領(lǐng)域,車輛評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)體系Euro NCAP 將車內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)分為兩類:一類是駕駛員監(jiān)控系統(tǒng)DMS,另一類是客艙/占用監(jiān)控系統(tǒng)CMS/OMS??团摫O(jiān)控+駕駛員監(jiān)控二合一系統(tǒng)是將CMSOMSDMS進(jìn)行結(jié)合,用單個(gè)攝像頭同時(shí)支持RGBNIR。

針對(duì)此,ST推出兩代用于汽車的全局快門傳感器。

據(jù)介紹,第一代包括四類產(chǎn)品:VD5661A具有160萬(wàn)分辨率,主要用于DMSVD5761A具有230萬(wàn)分辨率,因?yàn)閷儆?span>Mono也可用于DMS。此外,還有采用彩色RGB VD6763ARGB-NIR一體化的 VD1762A。張程怡談到,這些產(chǎn)品有三大優(yōu)勢(shì),一是高對(duì)比度,能夠輸出對(duì)比度極高的圖像意味著能夠獲取更加準(zhǔn)確的信息。二是RGBNIR的數(shù)據(jù)管理做到非常靈活。三是高動(dòng)態(tài),從而在亮暗環(huán)境下也能獲得清晰的圖像。

第二代產(chǎn)品 VB56G4A具備150萬(wàn)分辨率,主要用于駕駛員監(jiān)控,擁有三大優(yōu)勢(shì):首先是高靈敏度,NIR的高靈敏度意味著無(wú)需強(qiáng)勁的 LED 光源,因?yàn)?span>LED耗能會(huì)帶來(lái)更高的功耗;其次是傳感器面積小,意味著攝像頭模組也可以做得更小,安裝在各種機(jī)械裝置內(nèi)部更加容易;最后是集成智能自動(dòng)曝光算法,無(wú)需人工操作。

“未來(lái)ST將在像素尺寸持續(xù)縮小、功耗優(yōu)化以及算法、工藝層面不斷創(chuàng)新和整合,進(jìn)一步拓展市場(chǎng)。張程怡最后強(qiáng)調(diào)。

可以說(shuō),ST全局快門傳感器具有其專有的像素技術(shù)、更高的方形分辨率以及多種嵌入式計(jì)算機(jī)視覺功能,可全面滿足計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用要求。而且,ST提供的不僅僅是全局快門技術(shù),也可提供飛行時(shí)間和環(huán)境光傳感器等光學(xué)技術(shù),客戶可根據(jù)自己的需求,將這些不同產(chǎn)品整合在各類場(chǎng)景應(yīng)用中,適應(yīng)未來(lái)的應(yīng)用需求。

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