深耕機器視覺，Teledyne e2v全局快門圖像傳感器顯威力

張耀強

1 機器視覺行業(yè)的全局快門圖像傳感器機會

Teledyne e2v是Teledyne Technologies旗下公司，也是全球領先的高性能圖像解決方案供應商。Teledyne e2v針對機器視覺市場提供高性能圖像傳感器、定制化的攝像頭解決方案以及特定應用的標準產品。公司研發(fā)的全局快門圖像傳感器，由于其成像質量好、噪聲低、幀率高，并且集成了相應的處理功能，受到了客戶的廣泛歡迎。現(xiàn)在我們的產品應用于工業(yè)相機、智能掃碼、人臉識別、智能交通系統(tǒng)和工業(yè)人工智能等領域，統(tǒng)稱為機器視覺領域。

在工業(yè)領域，機器視覺被廣泛用于自動檢驗、工件加工、裝配自動化以及生產過程控制和監(jiān)視圖像識別。對產品質量需求的提升，促進了機器視覺在汽車、電子、半導體、食品和包裝行業(yè)的發(fā)展。事實上，機器視覺已經“飛躍”工廠，現(xiàn)身于農場、道路和停車場（如車牌識別）、物流倉儲等多種環(huán)境。據統(tǒng)計，全球機器視覺相機市場將從2020年的36億美元增長到2026年的55億美元左右，復合年增長率（CAGR）為7.4%。

為了能夠更好地抓住機器視覺行業(yè)爆發(fā)增長的歷史機遇，我們深耕每個行業(yè)，了解客戶的需要和痛點，推出了很多產品，并集成了相應功能幫助客戶降低使用門檻和增加使用便利性。

2 工業(yè)圖像傳感器的發(fā)展動向

工業(yè)4.0的首要目的是在解放勞動力的前提下實現(xiàn)生產力與生產質量的進一步提高。我們認為，核心競爭力比的是 “快速”和“精準”（精準是能力，也是質量）。智能制造的核心是“智”?！爸恰钡暮诵木褪切畔@取的快和準，信息處理的快和準。一個人的武功高低，要看“手眼身法步”，要想成為智能制造的武林高手，“眼力”和“招法”的水準是核心之中的核心。

視覺技術極大提高了工業(yè)自動化中信息的獲取能力，信息將不再是單一維度的簡單數(shù)據，而是廣域立體的海量數(shù)據，同時在速度、尺寸、光譜等維度大大突破人眼極限，例如：視覺系統(tǒng)基本覆蓋全光譜，分辨率可以達到1 μm，速度可以達到每秒上億幀，這在速度和精度上都大大超出了當前的工業(yè)制造水平，甚至滿足未來相當長時間更加精密、更加高速的制造要求，完全可以保證工業(yè)制造中信息獲取的快和準。另一方面，圖像技術飛速發(fā)展，讓海量圖像信息得以高速、實時、智能的分析利用，大大提高了人的判斷速度，越來越接近人的智慧程度，助推工業(yè)生產中信息處理的快和準。

傳感器制造技術的發(fā)展向更精密的工藝要求、更多元化的工藝技術和多附加功能的方向前進。所謂更精密的工藝要求就是采用更加精密的晶圓技術。當前一代產品我們用的是110 nm晶圓制造工藝，下一代我們將會進入65 nm時代，新產品的圖像表現(xiàn)將更加突出。更多元化的工藝技術是只指當前的產品像元設計為前照式技術。由于小型化和更高圖像質量的需求，很多廠家開始使用背照式像元設計方案。該方案大大增強了感光面積，然而，由于工藝難度非常高良率較低，所以當前市場背照式Global shutter非常少。另外由于對系統(tǒng)集成化和小型化的要求越來越高，傳感器將不只是用來成像的工具，還會集成更多SoC和算法，成為真正的智能傳感器。我認為這將是當前傳感器技術發(fā)展的三個趨勢。

視覺與圖像技術相結合給工業(yè)設備安裝了一雙超級“智眼”。未來的工業(yè)生產將以“智眼”為核心，裝備在千千萬萬、形形色色的設備上，指揮各種各樣的“手、腳、身體”動作，實現(xiàn)“深度感知、智慧決策、自動執(zhí)行”，成為“智人”，讓自動化、智能化工業(yè)制造插上騰飛的翅膀！

3 Teledyne e2v的解決方案

伴隨中國智能制造2025及工業(yè)4.0的崛起，各行各業(yè)對圖像的需求百花齊放。作為圖像傳感器CMOS芯片制造廠商，如何更好地了解各行業(yè)應用，為客戶節(jié)省成本，提高生產效率和檢測率是我們的使命。我們將圍繞芯片端嵌入式圖像技術，覆蓋低分辨率到超高分辨率，低速到當前世界最高速的1000萬像素以上的芯片技術；2D到2.5D激光三角技術再到3D ToF技術；寬動態(tài)范圍、多感興趣區(qū)域獨立控制、自動快速曝光控制、自動追蹤目標物體位置等專利技術，深入淺出地介紹E2V新型CMOS技術給工業(yè)檢測、物流交通、監(jiān)控廣播、機器人、智慧工廠等各行業(yè)帶來的便利。Teledyne e2v擁有先進的像素設計能力和單一像素6T技術，我們基于此技術研發(fā)了如下一系列新產品：

1）Emerald系列產品采用非常簡短的Global Shutter像元技術，單一像元尺寸2.8 μm，在1英寸（1英寸= 2.54 cm）封裝下分辨率最高可達16 M像素。此外，8.9 M、10 M、12 M和16 M產品可廣泛應用于智能交通、機器視覺、物流掃碼等行業(yè)。Emerald XL產品再次突破了global shutter的極限，在2.5 um的像元下可可以得到非常純凈的畫面，分辨率達到67 M。在超高分辨率的基礎上還實現(xiàn)了高速的傳輸，該產品最高可以做到60 fps，是面板行業(yè)，鐵路檢測和機器視覺行業(yè)中非常好的選擇。

2）Snappy系列產品依托當前2.8 μm像元技術，開發(fā)了2 M和5 M分辨率產品。由于繼承了快速自曝光、Smart ROI等功能，能夠大大提升工業(yè)掃碼行業(yè)的檢測效率，尤其是基于2 M芯片和壓電技術的可變焦模組，使得景深達到10 cm到無窮大，可以快速識別到高低不同的物體。且大大降低系統(tǒng)成本，受到工業(yè)掃碼行業(yè)的廣泛關注和選擇。

3）Flash系列產品是我們最新研發(fā)的高速傳感器。分辨率2 k×1 k的幀率可達1 500 fps，4 k×1 k可以達到1 800 fps。6 μm的像元可以帶來非常好的畫面質量。由于有獨特的矩形感光區(qū)域，該產品將會成為3D激光相機行業(yè)一個非常好的選擇。

4）ToF（飛行時間）Hydra系列3D圖像傳感器。它是分辨率為800×600的WVGA像素的高速ToF圖像傳感器。在滿足高分辨率的情況下，其幀率可超過400 fps，積分時間為20 ns，可以滿足客戶抗拖影和抖動的需求。該產品的精度、深度信息一致性相當好，畫面純凈，精度高，滿足對ToF有高端需求的特殊用戶。

Teledyne e2v的CMOS、CCD和EMCCD的面陣和3D圖像傳感器、線掃相機、相機模塊和子系統(tǒng)為許多應用提供了高性能，技術特點包括背照式、低噪、涵蓋X射線到近紅外波段高感光高靈敏度等。Teledyne e2v獨特的運作方式包括聆聽客戶需求，與他們建立戰(zhàn)略共贏關系，提供創(chuàng)新的標準、半定制或完全定制的成像解決方案，從而幫助客戶提高其系統(tǒng)的核心競爭力。