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ToF和ALS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CMS、OMS和DMS進(jìn)行結(jié)合，用單個(gè)攝像頭同時(shí)支持RGB和NIR。
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DMS。VD5761A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的 VD6763A和RGB-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RGB和NIR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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