未来工业图像传感器将有哪些发展趋势

图像传感器是电子元件最受欢迎的方向之一，广泛应用于智能手机、安全监控、汽车电子和工业应用，增长速度惊人。多摄像头在手机应用中很受欢迎，但仅仅看传感器的成本，五摄像头的图像传感器BYW51G-200可能并不比普通工业传感器贵，而单个高速、高分辨率的工业图像传感器的价格是数千美元，比主流旗舰手机贵。为什么工业图像传感器非常昂贵？工业图像传感器未来的发展趋势是什么？请参见安森美半导体的解释。

近年来，机器视觉在工业领域发展迅速，从传统汽车制造领域迅速普及到电子产品、医药、食品等领域,预计到2025年，全球机器视觉市场将超过130亿美元，机器视觉在国内市场的发展也非常活跃。据前瞻性工业研究所估计，到2026年，中国机器视觉市场将超过300亿元。

机器视觉广泛应用于工业生产，常用于视觉功能：视觉引导与定位、模式识别与检测、离和产品外观检测。一般来说，工业机器视觉系统的特点是提高生产的灵活性和自动化程度，主要在一些危险的工作环境或人工视觉中难以满足要求，用机器视觉取代人工视觉；同时，在大批量工业生产过程中，人工视觉检测产品质量效率低、精度低，可大大提高生产效率和生产自动化程度。

图像传感器是机器视觉的核心部件，其性能参数和功能对工业机器视觉系统影响很大，安森美（ONSEMI）半导体是世界领先的图像传感器制造商，其产品广泛应用于汽车和工业领域。最近，探索科技（techsugar）在中国机器视觉展（VisionChina）采访了安森美半导体智能感知部大中华区市场经理陶志，请她介绍安森美图像传感器在工业应用中的布局，并关注发展方向。

工业成像对图像传感器的要求

据陶志介绍，与消费电子领域相比，工业成像对图像传感器的要求更为不同。

首先，工作环境不同，消费传感器的工作温度范围一般为0℃至70℃，工业级要求-400℃至85℃，零件的可靠性也更高。

其次，工业成像一般采用机器分析采集的图像，成像清晰，边缘清晰。这就要求传感器对光的响应量子效率（QE）要高，像素要大，最好有足够大的满井电荷容量来满足客户在长曝光或高光条件下的需求。在硅片检测、光伏检测和屏幕检测过程中，通常面临长曝光或高光的工作条件。

第三，许多工业成像场景需要传感器来支持短曝光率和高帧率，因此通常使用全球快门。这是因为制造业对生产效率要求很高，工厂生产线的运行速度特别快。当测量工件从传送带移动时，工业相机通常可以快速连续捕捉几帧图像，快速读取数据并传输到上位机，给算法软件足够的时间进行分析和判断，并准备捕捉传送带上的下一个工件。这些要求是3C测试很常见，所以这种应用对拍照速度要求很高。

第四，标准组织的测试标准（如标准组织）EMVA1288)还对工业级传感器参数提出了具体要求。EMVA1288的全称是EuropeanMachineVisionAssociation1288是欧洲机器视觉协会制定的一套图像传感器和相机的性能标准。在工业应用中，图像传感器的图像响应一致性（PhotoResponseNonuniformity，简称RPNU），噪声参数，甚至坏点坏线都有比较高的要求。

第五，与主动拍摄手机等消费应用不同，工业相机检测需要同步外部光源，因此图像传感器基本上需要在触发中工作（trigger）模式，即被动模式。当外部同步信号使传感器能够或检测到被测部件时，可以降低传感器的实际工作时间，提高传感器的工作寿命。

值得关注的工业成像发展趋势

陶志说，安森美半导体对机器视觉的未来发展非常乐观。目前，世界非常重视工业和制造业的产业升级，为工业成像技术的发展指明了方向，不同的工业应用也对传感器提出了差异化的要求。

首先，高精度检测对图像传感器像素的要求越来越高。在平板电脑检测领域，由于平板电脑技术的不断变化，平板电脑检测功能对图像传感器的要求不断提高。面板分辨率从以往的1080P、2K，发展到现在的4K、8K，屏幕材质也从LCD发展到OLED、AMOLED，在生产过程中，要求能将平板显示器像素和像素之间发光强度和色彩均匀度都能够很准确地侦测出来。过去检测LCD面板上的1颗R，G，B像元，需要对应9个图像传感器上的像素（3×3），现在的OLED面板上检测一个LED的R，G，B像元则对应需要16个像素（4×4），甚至25颗（5×5）像素。所以，平板检测对图像传感器的像素要求越来越高，需求已从以前的3000万像素，到现在的上亿颗像素。

二是工业检测对传感器分辨率和帧率的要求越来越高。在晶圆检测、太阳能光伏面板检测和电路板组装中（PCBA）表面贴工艺（SMT）在测试和其他应用程序中，对生产效率的要求更高。电路板面积越大，生产效率越高，图像传感器需要在单位时间内收集更多信息，传感器分辨率高，帧率高。

第三，三维检测需要掌握图像传感器的深度信息。三维图像的实现可以通过激光雷达直接输出点云获得深度信息，也可以通过经济的全球快门图像传感器和结构光解决方案实现。此外，安森美还拥有独家的超深像素（superdepthpixel）技术，非常适合3D相机对传感器的大像元、高帧率要求。

第四，许多工业检测已经突破了可见光区域，因此硅基图像传感器需要提高近红外波段的量子效率。近红外增强功能广泛应用于材料成分分析和运动轨迹捕获。

第五，人工智能技术将广泛应用于工业视觉应用。可以说，工业领域的人工智能应用大多与机器视觉技术有关。从业者希望利用神经网络算法在自动化生产线上进行视觉处理培训，以获得标准的动作和质量数据，并越来越多地取代手动操作部分。

陶志说，安森美在机器视觉领域工作了很长时间，业界对安森美的解决方案接受度很高。当国内机器视觉刚刚起步时，许多工业解决方案都选择了安森美CCD和CMOS产品，例如PYTHON25K CMOS该方案广泛应用于高速铁路，用于检测高速铁路电网的接触状况，在现场展示中，使用XGS5000高帧率显示高速生产线检测案例，部分客户开发了新冠肺炎检测设备、医药生产线检测等医疗应用。最近登陆火星的美国“毅力号“火星车共有23台相机，其中10台来自安森美PYTHON系列CMOS传感器和CCD传感器。