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安森美半导体解读: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器件最热的方向之一,无论是智能手机、安防监控、汽车电子还是工业应用,都在大量采用,而且增速惊人。手机应用上已经普及了多摄像头,但是单看传感器的成本,五摄手机的图像传感器加起来,未必比一颗普通工业用传感器贵,而单颗高速、高分辨率工业图像传感器价格则要到几千美元,比主流旗舰手机整机还贵。工业图像传感器为何成本高昂?未来工业图像传感器将有哪些发展趋势?请看安森美半导体的解读。

文︱王树一

图︱安森美

近年来,机器视觉在工业领域的发展非常快,已经从传统汽车制造领域快速普及到电子产品、医药和食品等领域的生产制造流程中。根据MarketsandMarkets的预测,预计到2025年全球机器视觉市场规模将突破130亿美元,国内市场机器视觉的发展也极为活跃,根据前瞻产业研究院的估计,到2026年我国机器视觉市场规模将突破300亿元。

机器视觉在工业生产中应用广泛,常用于四类功能:视觉引导与定位、模式有无识别检测、精准测量测距和产品外观检测等。概括的说,工业机器视觉系统的特点是提高生产的柔性和自动化程度,主要在一些不适合于人工作业的危险工作环境或人工视觉难以满足要求的场合,用机器视觉来替代人工视觉;同时在大批量工业生产过程中,用人工视觉检查产品质量效率低且精度不高,用机器视觉检测方法可以大大提高生产效率和生产的自动化程度。

图:常见工业视觉应用及其对传感器参数的要求

图像传感器是机器视觉的核心零部件,其性能参数及功能对工业机器视觉系统影响很大,安森美(ON SEMI)半导体是全球领先的图像传感器厂商,其产品被广泛应用在汽车与工业领域。近日,探索科技(techsugar)在中国机器视觉展(Vision China)上采访了安森美半导体智能感知部大中华区市场经理陶志,请她介绍了安森美图像传感器在工业应用中的布局及关注发展方向。

工业成像对图像传感器的要求

据陶志介绍,和消费电子领域相比,工业成像对图像传感器的要求多有不同。

首先,工作环境不同,消费级传感器工作温度范围一般是0℃至70℃,而工业级则要求-40℃至85℃,对元器件的可靠性要求也更高。

其次,工业成像一般是用机器对采集来的图像进行分析,因此要求成像清晰、边缘明确。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可以满足客户长曝光或者高光照条件下的需求。在硅片检测、光伏检测和屏幕检测过程中,通常要面临长曝光或高光照的工作条件。

第三,工业成像很多场景需要传感器能支持短曝光、高帧率,因此常采用全局快门。这是因为制造业都对生产效率有很高的要求,工厂产线运转速度都特别快,当被测工件从传送带上移动过来时,工业相机通常要能快速地连续抓拍几帧图像,并快速读出数据传输给上位机,还要留给算法软件足够的时间去分析并作出判断,并准备好对传送带上的下一个工件进行抓拍。这些要求在3C检测中很常见,所以此类应用对拍照速度要求极高。

第四,标准组织的测试标准(例如EMVA1288)也对工业级传感器参数给出了具体要求。EMVA 1288的全称是European Machine Vision Association 1288,是欧洲机器视觉协会制定的关于图像传感器和相机的一套性能表征标准。在工业级应用中,对图像传感器的图像响应一致性(Photo Response Nonuniformity,简称RPNU)、噪声参数,乃至坏点坏线都有比较高的要求。

第五,与手机等消费类应用主要工作在主动模式拍摄不同,工业相机检测需要同步外部光源,这样图像传感器基本都需要工作在触发(trigger)模式,即被动模式。传感器在外部同步信号使能或探测到被测部件到来时再启动拍摄,可以减少传感器实际工作时长,增加传感器工作寿命。

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