前段時(shí)間一個(gè)偶然機(jī)會(huì)，簡(jiǎn)單的收集了工業(yè)相機(jī)sensor的一些信息。總結(jié)了一些信息作為本篇文章的內(nèi)容。其中如果有什么說(shuō)的不到的地方，請(qǐng)大家不吝賜教。

本文所提到工業(yè)相機(jī)是一個(gè)比較廣泛的概念，其主要的領(lǐng)域很多并不只是工業(yè)生產(chǎn)相關(guān)，多數(shù)情況下的CV相機(jī)的應(yīng)用都可以成為工業(yè)相機(jī)的一個(gè)子領(lǐng)域。而這些領(lǐng)域中的一些相機(jī)由于特殊的需求和規(guī)范，在實(shí)際生產(chǎn)銷售中又單獨(dú)歸為一類。比如車載市場(chǎng)中前裝由于車規(guī)的存在，往往都是按照單獨(dú)的一個(gè)市場(chǎng)劃分。有些廠家的醫(yī)療部分也是作為一個(gè)單獨(dú)的劃分的。在這篇文章不更多的對(duì)單一的領(lǐng)域進(jìn)行更多的討論，只是討論對(duì)于工業(yè)相機(jī)領(lǐng)域的sensor選擇差別。

在討論sensor之前，我們首先看下機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)的具體情況。在以地域劃分的市場(chǎng)上制造商最重要的市場(chǎng)是歐洲、亞洲和美國(guó)，這三個(gè)市場(chǎng)的相機(jī)銷售量占比分別是50%、32%和18%。機(jī)器視覺(jué)相關(guān)產(chǎn)業(yè)起步晚，市場(chǎng)基數(shù)小，但發(fā)展速度快（2009年以后進(jìn)入快速發(fā)展期）。結(jié)合人口紅利消退、利好政策刺激以及滲透率亟待提高三大驅(qū)動(dòng)因素，我國(guó)工業(yè)視覺(jué)市場(chǎng)也在加速擴(kuò)張。2018年我國(guó)工業(yè)機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到44.4億元，十年年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)21%。據(jù)國(guó)際自動(dòng)成像協(xié)會(huì)（AIA）的統(tǒng)計(jì)，近十年全球工業(yè)機(jī)器視覺(jué)市場(chǎng)規(guī)模年復(fù)合增長(zhǎng)率僅為7.7%。雖然這個(gè)市場(chǎng)相對(duì)于成像的最大手機(jī)的相機(jī)市場(chǎng)還是很小，但是增長(zhǎng)速度還是很快的。

其中我國(guó)前幾年機(jī)器視覺(jué)系統(tǒng)主要應(yīng)用在半導(dǎo)體及電子制造領(lǐng)域（2015年占比高達(dá)46.4%），其中較為突出的是在SMT貼片、AOI/AXI設(shè)備以及連接器檢測(cè)上。此外，主要應(yīng)用領(lǐng)域還包括監(jiān)控、汽車、制藥等。而最近幾年的半導(dǎo)體生產(chǎn)中工業(yè)相機(jī)尤為重要，在硅晶圓檢測(cè)、切割、封裝、檢測(cè)等過(guò)程中的高精度定位中都發(fā)揮著無(wú)法替代的作用。而自動(dòng)化生產(chǎn)中，視覺(jué)定位也是主流的高精度定位方法。



下面是工業(yè)相機(jī)的一些主要使用領(lǐng)域，從器工作領(lǐng)域中可以發(fā)現(xiàn)其中包含了絕大部分的CV場(chǎng)景，需求也是各種各樣。

1、工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域，這是一個(gè)很廣泛的領(lǐng)域，既可以包括高精度的視覺(jué)定位，外觀檢測(cè)這樣的高精度場(chǎng)景，也可以包括紅外，X光，UV成像部件檢測(cè)等這樣非簡(jiǎn)單可見(jiàn)光成像，外也可以包括像是計(jì)數(shù)，或者二維碼標(biāo)簽掃描之類的簡(jiǎn)單的視覺(jué)應(yīng)用。

2 ? 監(jiān)控領(lǐng)域，既可以包括普通場(chǎng)所下監(jiān)控，也可以包括暗光下監(jiān)控，以及包括人臉檢測(cè)或者人物跟蹤的智能監(jiān)控以及像是交通場(chǎng)景下的超速抓拍，闖紅燈電子警察、高速公路、卡口收費(fèi)等等。

3、體育項(xiàng)目上，如現(xiàn)在足球比賽的 VAR 系統(tǒng)，捕捉棒球及高爾夫球擊球時(shí)球的狀態(tài)、和空氣產(chǎn)生的阻力等等；

4? 醫(yī)療檢測(cè)，X光成像，CT，核磁成像等

5 ?生活中常見(jiàn)的領(lǐng)域，電子支付，二維碼掃描，超市中產(chǎn)品標(biāo)簽的快速掃描，其它一些需要圖像的自動(dòng)領(lǐng)域。

6 ?自動(dòng)駕駛，輔助駕駛，車載駕駛員監(jiān)控等非車規(guī)車載應(yīng)用上等。

7 ?其他領(lǐng)域，如：航天科研、軍事科學(xué)、航天航空等眾多領(lǐng)域

工業(yè)相機(jī)的sensor類型和主要生產(chǎn)商

在工業(yè)攝像頭CCD和CMOS的sensor都存在，但是大的趨勢(shì)是CMOS sensor成為主流。而過(guò)往中g(shù)lobal shutter 在工業(yè)相機(jī)中多，但是現(xiàn)在也有一部分的rolling shutter的sensor。而多數(shù)的國(guó)際一線的供應(yīng)商主要是 Sony和On-semi，國(guó)外歐洲有些公司公司也在這個(gè)市場(chǎng)做的不錯(cuò)。國(guó)內(nèi)的話smart sense和長(zhǎng)辰光電也在做但是市場(chǎng)份額比較少。在車載領(lǐng)域OV在中國(guó)市場(chǎng)的增長(zhǎng)是很不錯(cuò)的，但是在其它CV領(lǐng)域并不太多。2018年sony已取得62%的市場(chǎng)占有率，是2017年的兩倍。安森美半導(dǎo)體斬獲了22%的市場(chǎng)份額，比2017年下降了3個(gè)百分點(diǎn)。Teledyne 和 e2V的市場(chǎng)份為7%，ams Sensors Belgium的市場(chǎng)份額與2017年持平，仍是3%。但是On-semi在產(chǎn)品線上是目前世界最全的。

國(guó)內(nèi)模組的生產(chǎn)廠商?？担A睿，凌云，北京微視，大恒圖像，國(guó)外的日本基恩士（Keyence），三菱，Dalsa，德國(guó)Allied Vision Technologies 等。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)廠商多是自己生產(chǎn)和代理同時(shí)有，而且代理的份額大。

在工業(yè)相機(jī)的生產(chǎn)中，有些廠商會(huì)選擇下面這樣的模組，而有些則直接將sensor生產(chǎn)到所使用的設(shè)備里。

由于工業(yè)相機(jī)的使用的領(lǐng)域比較廣泛且碎片，所以如果簡(jiǎn)單的按照單個(gè)方面分類的話sensor可以分為很多種類。

按照芯片類型可以分為CCD相機(jī)、CMOS相機(jī)；

按照傳感器的結(jié)構(gòu)特性可以分為線陣相機(jī)、面陣相機(jī)；

按照分辨率大小可以分為低分辨率、普通分辨率、高分辨率、超高分辨率；

按照輸出信號(hào)方式可以分為模擬、數(shù)字；

按照輸出色彩可以分為單色（黑白）、彩色；

按照輸出信號(hào)速度可以分為普通幀率、高幀率、超高幀率；

按照響應(yīng)頻率范圍可以分為可見(jiàn)光（普通）相機(jī)、紅外相機(jī)、紫外相機(jī)等。

但是在實(shí)際的使用中上面的分類太過(guò)于碎片，sensor也很難以這種方式來(lái)分類使用。在實(shí)際使用中僅以幀率和分辨率來(lái)說(shuō)，這兩者之間是有一定矛盾的。幀率高的時(shí)候曝光時(shí)間就短，對(duì)于sensor的sensitivity要求就高，相對(duì)來(lái)說(shuō)大像素（小分辨率）更容易實(shí)現(xiàn)。工業(yè)相機(jī)主要和其使用的場(chǎng)景有很大關(guān)系，并不是所有場(chǎng)景都需要分辨率和幀率同時(shí)都很高。

以下面的不同是的分辨率和幀率使用場(chǎng)景區(qū)分，也是目前比較常見(jiàn)的一種分類方式。

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1 小分辨VGA~1080大于100幀超高幀率使用場(chǎng)景

主要的應(yīng)用場(chǎng)景在掃碼等一些圖像質(zhì)量要求不高的場(chǎng)景，比如快速生產(chǎn)檢測(cè)的產(chǎn)線上條碼掃描，物流分類，還有嵌入式應(yīng)用在機(jī)器人上做sensing或者輔助操作 （比如AGV自動(dòng)導(dǎo)引運(yùn)輸車），及某些固定使用場(chǎng)景的自動(dòng)駕駛設(shè)備對(duì)于二維碼，條碼，標(biāo)識(shí)的識(shí)別。這種應(yīng)用場(chǎng)景下的解析力一般在VGA(30W 640*80)~Full HD(1920*1080)已經(jīng)足夠了。但是對(duì)于幀率一般至少要100FPS~850FPS。這樣可以有效的高速生產(chǎn)或者運(yùn)動(dòng)環(huán)境中減少運(yùn)動(dòng)模糊，提高生產(chǎn)效率。

 

2 2M~5M高清正常幀率或者高速幀率使用場(chǎng)景

主要的應(yīng)用在一些機(jī)器視覺(jué)，智能監(jiān)控，體育監(jiān)控，車內(nèi),自動(dòng)駕駛（自動(dòng)駕駛不一定是在消費(fèi)汽車上），機(jī)器人等一些常見(jiàn)的機(jī)器視覺(jué)的場(chǎng)景.值得一提的是ITS （intelligent transportation system） 應(yīng)用， 在中國(guó)增長(zhǎng)很快。智能交通系統(tǒng)，檢查交通違規(guī)，幫助車流疏導(dǎo)，智能停車管理等。在這些場(chǎng)景下往往分辨率和幀率都很重要，實(shí)際的使用需要一個(gè)很好的平衡，尤其是在大量的物體識(shí)別更提升了對(duì)于分辨率的需求。目前一些定位和slam場(chǎng)景中還在使用VGA分辨率。但是像是智能城市，交通監(jiān)控等，隨著對(duì)于識(shí)別精度的追求分辨率也提升到了1920*1080~2592*2048而相對(duì)的幀率35FPS~100FPS。當(dāng)然如果幀率和分辨率能夠同時(shí)提高會(huì)更好，但是與此提升之后的數(shù)據(jù)量增大也會(huì)導(dǎo)致對(duì)于平臺(tái)的需求 。

 

3 4K到2500W 高分辨率使用場(chǎng)景

主要的應(yīng)用一些更高精度的組裝和檢測(cè)場(chǎng)景。如高精度結(jié)構(gòu)定位組裝，PCB檢查，切片檢查等。在這些場(chǎng)景下往往對(duì)于精度是毫米甚至小于毫米級(jí)別的。因此對(duì)于解析力4112*2176~2592*20483 幀率：10FPS~60FPS

 

4 超高清檢測(cè) 2500W以上像素 4000W像素甚至到 1個(gè)億像素以上的

主要的應(yīng)用一些超高精度檢測(cè)場(chǎng)景。這些場(chǎng)景下往往對(duì)于成像的時(shí)間并不太關(guān)心，甚至不關(guān)心運(yùn)動(dòng)模糊的問(wèn)題。

5在某些特殊使用的情況下線陣sensor也在工業(yè)相機(jī)中占據(jù)一席之地。幀率和分辨率是工業(yè)相機(jī)sensor的一個(gè)選取的主要依據(jù)，但是不是全部。工業(yè)相機(jī)還有下面一些常見(jiàn)需要考慮的因素



工業(yè)相機(jī)的接口：

工業(yè)相機(jī)的接口方面相對(duì)目前手機(jī)上一同江湖的MIPI來(lái)說(shuō)是五花八門的。

迄今為止，GigE Vision是目前領(lǐng)先的傳輸標(biāo)準(zhǔn)。其本身是基于千兆以太網(wǎng)，目前在制造商和用戶中的使用率分別為42%和43%。LVDS，camera link和HDMI是額外使用的傳輸標(biāo)準(zhǔn)，而USB的使用率仍保持在8%。用戶和制造商主要選擇10GigE和USB 3.1標(biāo)準(zhǔn)用于5Gb/s以上的傳輸寬帶。從趨勢(shì)來(lái)看GigE是最有前途的接口。下面是從網(wǎng)上找到一個(gè)目前各個(gè)接口的使用比例，淺色和深色分別代表制造商和用戶。

 

工作環(huán)境的容忍度

主要是不同溫度的下的工作情況。有些工業(yè)sensor由于工作環(huán)境的不同，對(duì)高低溫有著特殊的設(shè)計(jì)。有些sensor可以在+105度下工作，也有些能再-60度以下工作（非同時(shí)）。

 

sensor的大小

工業(yè)相機(jī)中體積大小的需求不一樣，所以sensor的大小也是很不一樣的。下面是一些sensor面積大小的示意。大家可以參考著看一下。

 

封裝上的差別

sensor的封裝等多是接近于芯片的封裝。不像現(xiàn)在的手機(jī)sensor多數(shù)都是COB（Die）和CSP。工業(yè)sensor的封裝也是多種多樣。比如BGA，CDIP，CLCC，CPGA，DIP，IBGA，ILCC，LBGA，LCC,PGA,PLCC…… 等很多種封裝。但是主要從pin的形狀角度出發(fā)主要是BGA LGA PGA三種在此基礎(chǔ)上，每個(gè)下面又會(huì)有細(xì)分，比如μBGA, CPGA。（這種細(xì)分種類一般是比較高級(jí)的封裝類型，CIS領(lǐng)域好像常見(jiàn)的商用產(chǎn)品不會(huì)涉及。）封裝材料，主流兩類：ceramic substrate和 glass substrate。說(shuō)實(shí)話這些封裝中有很多我也不知道具體的區(qū)別。后面有機(jī)會(huì)請(qǐng)我們的snesor專家進(jìn)一步的來(lái)介紹。下面是我找到的一些芯片封裝的樣子。

 

目前工業(yè)相機(jī)的發(fā)展勢(shì)頭是很不錯(cuò)的。但是由于單個(gè)領(lǐng)域的需求量還不足以引導(dǎo)整個(gè)市場(chǎng)，使得工業(yè)相機(jī)的sensor設(shè)計(jì)上有些碎片化。很多像是HDR，anti flickering的功能還沒(méi)能完全確定下來(lái)。global shutter中加入 HDR 產(chǎn)品對(duì)設(shè)計(jì)要求高，因?yàn)榧匆龅侥芫S持global shutter 很低的motion blur 的前提，又要比普通線性模式更高的寬動(dòng)態(tài)，傳統(tǒng)rolling shutter里應(yīng)用的HDR手段比如多次曝光或者長(zhǎng)短曝光時(shí)間等都無(wú)法被采用，有一些GS HDR是借助sensor內(nèi)AD不同增益實(shí)現(xiàn)的虛擬HDR，目前一些ITS的應(yīng)用場(chǎng)景會(huì)有需求。而真實(shí)HDR + Global shutter只在某些少量不在乎成本的客制化芯片存在。還相信隨著市場(chǎng)和應(yīng)用的擴(kuò)大，工業(yè)相機(jī)針對(duì)實(shí)際市場(chǎng)的sensor需求會(huì)細(xì)分下來(lái)。

此文章來(lái)自“大話成像”