在工业自动化进程的持续推动下，行业技术已经开始朝着智能化、高度集成化和数字化的方向发展了，尤其是工业视觉技术。为了满足这三大要求，工业视觉必须从图像获取、处理以及理解上都做到更高的精度，其中处理和理解通过如今的边缘处理器和机器视觉算法，已经满足了精度要求。至于图像获取的精度，则仍与视觉传感器息息相关。

所以在工业视觉传感器领域，无论是传统的CMOS图像传感器，还是开始被广泛应用的激光雷达，都开始朝着高精度、高速率的方向发展。而高速率这块的技术路线我们基本都已经知晓了，比如CMOS图像传感器追求全局快门，固态和机械激光雷达都开始追求更快的扫描速度。为了实现更高的精度，图像传感器和激光雷达也在不断推出芯片，从设计上寻求创新。

视觉传感器地位日益重要

视觉传感器，利用光学元件和成像装置获取外部环境图像信息，可以分为非三维视觉传感器与3D视觉传感器两大类。根据新思界产业研究中心发布的《2022-2027年中国3D视觉传感器行业市场深度调研及发展前景预测报告》显示，3D视觉传感器，也称为三维视觉传感器，与非三维视觉传感器相比，具有环境适应性更强、精度更高、可靠性更高、可获得空间坐标、可检测快速移动目标等优点。

现实世界是三维立体的，非三维视觉传感器只能够提供平面信息，无法提供三维信息，不能满足人工智能技术需求。3D视觉传感器能够为人工智能技术提供实现精准识别、精准追踪等目标所需求的三维信息，可以广泛应用在消费电子、智能家电、自动驾驶、智能机器人、物联网、工业智能制造、智能安防等领域。

应用在智能手机上，3D视觉传感器可实现人脸识别解锁、刷脸支付等功能；应用在AR/VR上，3D视觉传感器可实现三维空间重现；应用在自动驾驶上，3D视觉传感器可判断驾驶员情绪状态，实现周围环境感知；应用在机器人上，3D视觉传感器可实现人脸识别、障碍感知、距离感知等功能；在工业智能制造领域，3D视觉传感器可实现物品识别、产品尺寸测量、产品质量检测等功能。

智能化成为各种设备的重要发展方向，模仿人类的感知、行为、决策能力是终极发展目标。在人类获取的信息中，有七成左右通过眼睛获得，因此3D视觉感知成为智能设备不可或缺的组成部分。预计2020-2025年，全球3D视觉感知市场将以20.3%左右的年复合增长率高速上升，到2025年市场规模将达到158亿美元左右。在此背景下，3D视觉传感器发展空间巨大。

3D视觉传感器将多种技术集于一体，产业链涉及范围广，目前发展尚未完全成熟。3D视觉传感器是人工智能产业的重要组成部分，全球多个国家对其技术研究极为重视。在我国，政府陆续出台了多项鼓励支持政策，例如《战略性新兴产业重点产品和服务指导目录》、《新一代人工智能发展规划》、《关于进一步促进服务型制造发展的指导意见》、《十四五规划和2035年远景目标纲要》等，推动了3D视觉传感器行业发展速度不断加快。

不同技术各有千秋

图像传感器－高灵敏度与高像素

与车规图像传感器不同，工业场景下的CMOS往往没有动辄120dB高动态范围，或LED频闪抑制这一类的需求，反倒是全局快门带来的高速特性常被视为首要要求。但为了进一步提升工业自动化的效率，同时也提高生产良率，工业图像传感器还是有着不少其他参数上的要求。

相对汽车的大光比户外环境，工业场景绝大多数位于室内，所以这才没有较高的动态范围要求。可室内环境通常没有实现理想的光源全覆盖，这就需要图像传感器的灵敏度越高越好。而相对于我们常见的彩色图像传感器来说，黑白与单色图像传感器在灵敏度的性能往往会更好，从而拥有更加优秀的弱光精度表现。

除了这一优势外，在分辨率相同的情况下，黑白版本的图像传感器在检测图像边缘这样的任务上效果更好，同时由于舍弃了颜色信息，读取速度可以进一步提高，对于工业线阵相机的检测效率来说有着明显的提高。

SC430LA / 思特威

思特威就在去年推出了他们的首款线阵CMOS图像传感器SC430LA，并采用了背照式和全局快门的设计方案，实现了4K的分辨率。思特威的SC430LA就分为黑白和彩色两个版本，其中黑白版本还有1线、2线和3线3种工作模式，1线模式下可以达到200kHz的行频。而如果是在全彩成像的工业视觉应用中，SC430LA的彩色版本也支持传统的Bilinear和先进的Trilinear模式，后者可以保留更多的色彩信息，提供更好的图像品质，满足高精度工业视觉传感器的需求。

我们在工业视觉场景中其实看到超高像素的图像传感器不多，这是因为在不少场景中，精度和速度并非可以兼得的两大参数。而过去的不少应用场景，由于图像处理和理解技术所限，高精度并非第一要义。

可为了追求更高的精度，尤其是在长距离识别和大规模物体识别的应用中，其实高分辨率还是一个绕不开的话题。至于如何在保证实现更高分辨率的基础上，维持一个较高的速率，才是解决问题的关键。

Teledyne给出了一个分辨率与速度兼并的答案，那就是具备6700万像素的Emerald 67M。如此高的像素量已经完整覆盖了8K的分辨率，可以随意通过ROI特性来在单张高分辨率图像中捕捉到更多的物体。可如此大的数据量通常意味着读出速度会面临着巨大的考验，但Teledyne的Emerald 67M依旧实现了超高的性能。

Emerald 67M / Teledyne

Emerald 67M分为高速版和超高速版，其中超高速版可以在10bit输出下实现65fps的超高帧率，读出噪声却只有2.5e-，500nm下的量子效率做到了66%。要知道超高像素的传感器往往在灵敏度上往往是处于劣势的，Emerald 67M在提供6700万像素的同时，依旧保留了供工业视觉应用的高灵敏度和高速特性。

激光雷达－新架构和高线数

一众固态雷达中，在提升激光雷达精度的方法上最为特殊的可能是Ouster的数字激光雷达。Ouster采用了半导体化设计的方式，将光电器件全部集成到了芯片之中，并通过芯片工艺和设计来提高激光雷达精度。例如他们基于40nm工艺打造的L2和L2X芯片，以及使用全新工艺打造的L3芯片。

Ouster数字激光雷达芯片路线图 / Ouster

从2017年的L1芯片到2019年的L2芯片，Ouster将其激光雷达芯片的工艺从130nm升级至40nm，把激光雷达的分辨率从64线提高至128线。如今REV7系列数字激光雷达所用的L3芯片，已经做到了单芯片1.25亿的晶体管数量和520万的点频速度。

如此高的集成度也让Ouster可以在可靠性上更进一步，比如做到IP68乃至IP69K的防护等级，也比其他机械激光雷达更容易解决冲击与振动带来的干扰，更适合复杂的工业场景，为AMR等工业机器提供更高的安全性，并减少停机时间。

从Ouster的例子来看，他们通过提高数字激光雷达芯片的集成度来实现更高的线数。在激光雷达领域，往往线数决定了角分辨率，也就决定了精度，所以128线数以上的激光雷达一般都被称为高清激光雷达。

光秒科技在去年推出了首款1024线的超高清混合固态激光雷达，GM1024。其中GM1024-A更是可以实现1024*1024线数和20Hz的频率，在120°的水平视场角上做到0.088°的角分辨率，在25°的垂直视场角上做到0.024°的角分辨率。再加上GM1024本身采用过的是1550nm的波长，如此高的分辨率可以在远距离探测对象上实现前所未有的精度。

GM1024激光雷达 / 光秒科技

虽然该激光雷达集成了100Base-T1车载以太网接口，但其IP67防水防尘的物理设计以及额外的TpyeC、HDMI与1/4螺纹接口，意味着其同样可以面向工业自动化目标识别与抓取。拥有如此高的精度，GM1024无疑可以灵活运用在不同的工业场景内。例如长距离的作业环境中，GM1024可以在远处就完成对象的识别，解决了因为工业场景中高速流水线带来的感知滞后问题。

业界重点企业

1.安森美

安森美作为在工业和汽车图像传感器领先的厂商，其ISG智能传感器部门在去年的营收实现了42%的增长，足见这两大领域CMOS有多吃香了。作为一家在工业领域耕耘已久的公司，安森美自然也推出了对应的全局快门图像传感器，XGS系列。该系列目前已经覆盖了多种分辨率区间，比如初级的XGS 5000（530万像素）到旗舰的XGS 45000（4470万像素）。

以XGS 45000为例，其传感器大小选择了Super 35，支持以12bit 48FPS的全像素输出，在8192x4320的8K视频分辨率下最高可达60fps的帧率。这样的性能可以用于先进的机器视觉相机中，再加上超高的分辨率，对于精度的提升姑且不说，拥有对多种分辨率的支持也能加快工业相机产品的上市时间。

2.长光辰芯

另一家在工业图像传感器领域颇有建树的企业，是已经于近日开启IPO进程的长光辰芯。长光辰芯已经拥有了丰富的产品阵容，除了拥有超高灵敏度用于科学成像领域的GSENSE系列，也有用于工业检测、机器视觉领域的全局快门、高分辨率GMAX系列。

长光辰芯于去年发布了全新的全局快门CMOS，GMAX4002。该传感器一改过去高像素大尺寸的方案，而是选择了1/1.7英寸小尺寸240万像素的性价比方案。这是因为长光辰芯凭借其Red Fox技术，加强了该CMOS在近红外波段的响应。

GMAX4002在850nm处的量子效率可达37%。再加上更紧凑的物理设计，可以大规模部署在小型工业面阵相机中。如果要追求更大的帧频，GMAX4002还支持10bit ADC输出，这样最大输出可达229fps，再加上2x2的像素合并，帧频可以进一步提升。

3.艾迈斯欧司朗

同样选择了走小尺寸近红外CMOS的还有艾迈斯欧司朗，其MIRA系列就是专注于在近红外波段实现超高量子效率的全局快门传感器平台。MIRA系列都专注于小尺寸，而不是追求高分辨率。根据艾迈斯欧司朗的说法，模块尺寸越小，对系统设计人员也就越有利。

而且MIRA传感器通过读出架构的创新，在功耗上做到了一个平衡，如果降低所需视频参数，比如帧率降为一半时，传感器功耗也会大幅减少。所以也更适合用于工业手持扫描设备、工业AR/VR头戴设备以及机器人的物体检测中。

今年开年，艾迈斯欧司朗又发布了Mira050新品，虽然分辨率最大只有50万像素，但其不仅能做到全分辨率120fps的输出，其功耗更是低至47mW，待机功耗甚至只有60µW。所以艾迈斯欧司朗给其定位也是用于AR/VR头显中的眼动跟踪、手势跟踪等，提高这类设备的续航。

写在最后

随着半导体产业朝着更先进的工艺发展，工业视觉传感器的高精度势必会成为与高速并列的重要需求，尤其是在芯片封装检测之类的高精密工作场景中。图像传感器也在缓慢地推进自身制造工艺，所以速度与精度两手抓也是一个良性循环，在保证高生产效率的同时，仍然能够提供让人眼前一亮的性能。

虽然如今不少激光雷达厂商都在追求车规级量产，但依赖单一市场对于产品而言存在不少的风险。Ouster等机械激光雷达厂商在这方面就做得要更好一些，从Ouster上季度的财报来看，其营收占比中38%来自工业领域，37%来自机器人领域。虽然机械激光雷达上车进度不佳，但对于工业视觉领域仍是一个吃香的选择，况且不少激光雷达厂商都开始多技术路线布局。相信如果更多的激光雷达厂商入局工业视觉的话，其成本和精度会再度迎来优化。

文章来源： 核芯产业观察，电子发烧友，新思界网