【导读】机器视觉即利用机器代替人眼来进行测量和判断。上个世纪八十年代，机器视觉研究的热潮席卷全球，并出现了一些基于机器视觉的应用系统。经过数十年的发展，机器视觉在工业领域已经得到了极为广泛的应用。因此，我们现在提到机器视觉，大家总是联想到工业机器人等画面。
但伴随着智能化、数字化的发展，机器视觉的应用场景“破圈”——越来越多的消费产品需要借助机器视觉来进行升级，成为了机器视觉发展的新蓝海。
消费级机器视觉的市场有多大？
2010年前后，就有企业试图将机器视觉应用于消费级市场，这其中包括了微软、华硕、Intel、谷歌以及苹果等。但受限于当时的技术以及市场情况，机器视觉在消费市场中的发展并不顺利。
而后，AI时代的到来为机器视觉进入消费级市场提供了契机——作为智能化的组成部分，视觉模块对于消费电子越来越重要，图像识别也逐渐成为了消费电子在升级过程中的标配功能。
从市场情况中看，无人机、扫地机器人、翻译笔、智能白板（智能教学终端）、智能教育/陪伴型机器人、服务型机器人、智能穿衣镜、智能互动屏（商场多见）、SmartTV、可视门铃、人脸识别门禁系统、机场/高铁等智能人脸识别身份核对终端、智能门锁/门铃、平板等新兴小型化消费电子产品都需要具备机器视觉功能。
这些新兴的应用场景促生了未来数千亿元的市场规模。据中商产业研究院的数据显示，2018年消费电子及半导体领域的机器视觉市场规模突破20亿元。消费类电子产品更新换代快，需求量大，带动机器视觉市场需求，预计2019年市场规模或将近30亿元。
这种市场趋势也引发了业界对于消费级机器视觉的思考。据当时的报道显示，芯片的运算能力及成本、集成方案、人工智能技术等是影响机器视觉在消费级市场落地的主要因素。由于消费电子对于量和价格以及技术成熟度均有着较高要求，所以可能要等到摄像技术、芯片等这些配合的产业链环节都成熟之后，消费级机器视觉应用的春天才会真正到来。
经过过去几年的发展，相关芯片性能已得到了很大的提升，人工智能场景也越来越深入到我们的生活，这也预示着属于消费级机器视觉应用的春天到了。
CIS是消费级机器视觉市场的关键
消费级机器视觉需要哪种芯片？从市场情况来看，目前主流消费级机器视觉应用包括：扫码识别、生物识别（人形/人脸/手势等）、避障应用、路线规划、3D成像等。其中生物识别及3D成像市场近年来尤其火热，其所采用的主流机器视觉方案有三种：结构光、TOF、双目立体成像。
对于消费级机器视觉的3D成像应用来说，ToF方案因为被智能手机所采用而在近年来势头高涨。然而其在非手机类的消费级应用中却不如在手机领域这般火热，以扫地机器人为例，由于其应用场景的特殊性，往往因小空间四周反射物过多，ToF会因多径反射干扰过多，反而无法有效精准判断障碍物；同时ToF方案也无法适用于太过空旷的空间或者过远的距离。其次ToF方案不低的成本也使许多消费级机器视觉应用终端望而却步，部分厂商会选用双目方案来做避障系统，也有使用VSLAM做导航再结合ToF方案来做避障的，以控制成本。
而业内相关人士亦表示，如果要实现更高精准度的人脸识别应用或者高准确率的避障应用，双目和结构光或许更为合适。而与ToF和结构光方案相比，双目立体成像方案抗环境光干扰能力更强且分辨率更高，因此，双目立体成像方案也被视为是消费级产品实现机器视觉的优选方案之一。
根据相关技术文章显示，借助CMOS图像传感器的特性，可获取大量数据及信息，对复杂物体的姿态判断极为有效，无需扫描设备辅助工作。而对于需要更多的CIS来实现图像识别等功能的双目立体方案来说，CIS的性能将影响着它的最终效果。
因此，CIS成为了消费级机器视觉市场的关键之一。
消费级机器视觉需要怎样的CIS？
从CIS技术发展的历史上看，CIS经历了从CCD到CMOS的转变。进入到CMOS图像传感器时代后，背照式逐渐取代了传统（前照式）CMOS，成为市场主流。而后，堆叠式CMOS图像传感器又开始进入市场。
堆叠式CMOS图像传感器的出现，让机器视觉更容易下沉到消费电子市场中。据悉，堆叠式CIS的工艺是将两片/三片wafer堆叠在一起，采用这种方式让图像传感器得以拥有更佳的性能甚至能附加轻度的智能算法，但又不会增大CIS的尺寸，因此更能匹配例如智能手机、小型智能影像设备等体积较小的应用终端。
但随着更多消费产品需要机器视觉功能的加持，他们对机器视觉的要求也变得更高——快速捕捉（高帧率），无形变（全局快门）和非可见光下成像（近红外增强技术）成为了现代消费电子对CIS的新需求。全局快门（Global Shutter）CMOS传感器的出现，使得CMOS传感器得以同时曝光来撷取不失真的运动物体图像，这对机器视觉的领域有重大意义。
由此，将背照式与全局快门技术结合起来的CIS或许能够为消费级机器视觉市场提供助力。
但从市场情况来看，将全局快门功能和背照式像素结构融合在一起的CIS并不多，尤其是为消费级机器视觉市场而开发的这种类型的CIS更是凤毛麟角（有一些厂商将背照式+全局快门的CIS定位于工业领域）。
面对这个市场机会，思特威在其背照式全局快门技术的基础上率先着手研发了2nd Gen SmartGS® Technology技术。据思特威官网介绍，该技术通过提升pixel size来增加感度和暗光效果，提升率可达30%，另一方面采用并行电压域读取，大大提升了最大快门速度，完善对高速运动物体的清晰抓拍。基于全新的电容工艺，2nd Gen SmartGS® Technology的读取噪声可降低一倍以上，同时兼具区域HDR技术，可大大提升特定位置的动态范围，解决了夜间拍摄信号灯成像过曝等问题。
为了保持在消费级机器视觉领域的优势，思特威也正在着手研发3rd Gen SmartGS® Technology。据介绍，第三代技术将比前一代实现更大的进步，该技术预计将于明年面世。而从产品上看，按照思特威的预计，他们明年在“消费级机器视觉”应用领域的出货量将有望保持倍数级的增长。
在多代SmartGS® Technology的加持下，思特威SmartGS®系列产品凭借出色的成像性能及硬核技术实力，成为了消费级机器视觉市场中的新贵。据了解，仅在2019至2020一年间，SmartGS®系列产品的销量便实现了三倍的飞速增长。在今年，思特威更是凭借着该系列产品迎来其高光时刻——在消费级机器视觉领域出货量跃居全球首位。
作为国产芯片的一份子，思特威在消费级机器视觉市场所取得的成绩，也为本土半导体产业链的发展提供了助力。另一方面，思特威在这一新兴领域所取得的成绩，也说明了本土半导体企业的影响力正在扩大。
正如此前Yole在其报告中所指出的那样，下一个时代将涉及机器人技术，增强现实（AR）和智能物联网（IoT）。而中国在这些领域当中都具有良好的定位，这也为相关的本土CIS企业提供了发展契机。因此，CIS的排名或许也将随着这些新变化而变化。
结语
消费级机器视觉市场，是一个既陌生又熟悉的新兴领域——消费电子产品早已存在于我们生活中的各个角落，但由于机器视觉的赋能，又使得他们变得不同。繁杂的消费级应用场景为机器视觉带来的腾飞的机会，谁能乘势而起，或许是一个值得我们关注的话题。
来源：半导体行业观察，原创：蒋思莹
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