圖像傳感器是電子元器件最熱的方向之一，無論是智能手機、安防監(jiān)控、汽車電子還是工業(yè)應(yīng)用，都在大量采用，而且增速驚人。手機應(yīng)用上已經(jīng)普及了多攝像頭，但是單看傳感器的成本，五攝手機的圖像傳感器加起來，未必比一顆普通工業(yè)用傳感器貴，而單顆高速、高分辨率工業(yè)圖像傳感器價格則要到幾千美元，比主流旗艦手機整機還貴。工業(yè)圖像傳感器為何成本高昂？未來工業(yè)圖像傳感器將有哪些發(fā)展趨勢？請看安森美半導(dǎo)體的解讀。

文︱王樹一

圖︱安森美

近年來，機器視覺在工業(yè)領(lǐng)域的發(fā)展非常快，已經(jīng)從傳統(tǒng)汽車制造領(lǐng)域快速普及到電子產(chǎn)品、醫(yī)藥和食品等領(lǐng)域的生產(chǎn)制造流程中。根據(jù)MarketsandMarkets的預(yù)測，預(yù)計到2025年全球機器視覺市場規(guī)模將突破130億美元，國內(nèi)市場機器視覺的發(fā)展也極為活躍，根據(jù)前瞻產(chǎn)業(yè)研究院的估計，到2026年我國機器視覺市場規(guī)模將突破300億元。

機器視覺在工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用廣泛，常用于四類功能：視覺引導(dǎo)與定位、模式有無識別檢測、精準(zhǔn)測量測距和產(chǎn)品外觀檢測等。概括的說，工業(yè)機器視覺系統(tǒng)的特點是提高生產(chǎn)的柔性和自動化程度，主要在一些不適合于人工作業(yè)的危險工作環(huán)境或人工視覺難以滿足要求的場合，用機器視覺來替代人工視覺；同時在大批量工業(yè)生產(chǎn)過程中，用人工視覺檢查產(chǎn)品質(zhì)量效率低且精度不高，用機器視覺檢測方法可以大大提高生產(chǎn)效率和生產(chǎn)的自動化程度。

圖：常見工業(yè)視覺應(yīng)用及其對傳感器參數(shù)的要求

圖像傳感器是機器視覺的核心零部件，其性能參數(shù)及功能對工業(yè)機器視覺系統(tǒng)影響很大，安森美（ON SEMI）半導(dǎo)體是全球領(lǐng)先的圖像傳感器廠商，其產(chǎn)品被廣泛應(yīng)用在汽車與工業(yè)領(lǐng)域。近日，探索科技（techsugar）在中國機器視覺展（Vision China）上采訪了安森美半導(dǎo)體智能感知部大中華區(qū)市場經(jīng)理陶志，請她介紹了安森美圖像傳感器在工業(yè)應(yīng)用中的布局及關(guān)注發(fā)展方向。

工業(yè)成像對圖像傳感器的要求

據(jù)陶志介紹，和消費電子領(lǐng)域相比，工業(yè)成像對圖像傳感器的要求多有不同。

首先，工作環(huán)境不同，消費級傳感器工作溫度范圍一般是0℃至70℃，而工業(yè)級則要求－40℃至85℃，對元器件的可靠性要求也更高。

其次，工業(yè)成像一般是用機器對采集來的圖像進行分析，因此要求成像清晰、邊緣明確。這就要求傳感器對光的響應(yīng)量子效率（QE）要高，像素要大，最好有足夠大的滿井電荷容量可以滿足客戶長曝光或者高光照條件下的需求。在硅片檢測、光伏檢測和屏幕檢測過程中，通常要面臨長曝光或高光照的工作條件。

第三，工業(yè)成像很多場景需要傳感器能支持短曝光、高幀率，因此常采用全局快門。這是因為制造業(yè)都對生產(chǎn)效率有很高的要求，工廠產(chǎn)線運轉(zhuǎn)速度都特別快，當(dāng)被測工件從傳送帶上移動過來時，工業(yè)相機通常要能快速地連續(xù)抓拍幾幀圖像，并快速讀出數(shù)據(jù)傳輸給上位機，還要留給算法軟件足夠的時間去分析并作出判斷，并準(zhǔn)備好對傳送帶上的下一個工件進行抓拍。這些要求在3C檢測中很常見，所以此類應(yīng)用對拍照速度要求極高。

第四，標(biāo)準(zhǔn)組織的測試標(biāo)準(zhǔn)（例如EMVA1288）也對工業(yè)級傳感器參數(shù)給出了具體要求。EMVA 1288的全稱是European Machine Vision Association 1288，是歐洲機器視覺協(xié)會制定的關(guān)于圖像傳感器和相機的一套性能表征標(biāo)準(zhǔn)。在工業(yè)級應(yīng)用中，對圖像傳感器的圖像響應(yīng)一致性（Photo Response Nonuniformity，簡稱RPNU）、噪聲參數(shù)，乃至壞點壞線都有比較高的要求。

第五，與手機等消費類應(yīng)用主要工作在主動模式拍攝不同，工業(yè)相機檢測需要同步外部光源，這樣圖像傳感器基本都需要工作在觸發(fā)（trigger）模式，即被動模式。傳感器在外部同步信號使能或探測到被測部件到來時再啟動拍攝，可以減少傳感器實際工作時長，增加傳感器工作壽命。