前段時間一個偶然機會，簡單的收集了工業(yè)相機sensor的一些信息?？偨Y了一些信息作為本篇文章的內容。其中如果有什么說的不到的地方，請大家不吝賜教。

本文所提到工業(yè)相機是一個比較廣泛的概念，其主要的領域很多并不只是工業(yè)生產相關，多數(shù)情況下的CV相機的應用都可以成為工業(yè)相機的一個子領域。而這些領域中的一些相機由于特殊的需求和規(guī)范，在實際生產銷售中又單獨歸為一類。比如車載市場中前裝由于車規(guī)的存在，往往都是按照單獨的一個市場劃分。有些廠家的醫(yī)療部分也是作為一個單獨的劃分的。在這篇文章不更多的對單一的領域進行更多的討論，只是討論對于工業(yè)相機領域的sensor選擇差別。

在討論sensor之前，我們首先看下機器視覺市場的具體情況。在以地域劃分的市場上制造商最重要的市場是歐洲、亞洲和美國，這三個市場的相機銷售量占比分別是50%、32%和18%。機器視覺相關產業(yè)起步晚，市場基數(shù)小，但發(fā)展速度快（2009年以后進入快速發(fā)展期）。結合人口紅利消退、利好政策刺激以及滲透率亟待提高三大驅動因素，我國工業(yè)視覺市場也在加速擴張。2018年我國工業(yè)機器視覺市場規(guī)模達到44.4億元，十年年復合增長率達21%。據(jù)國際自動成像協(xié)會（AIA）的統(tǒng)計，近十年全球工業(yè)機器視覺市場規(guī)模年復合增長率僅為7.7%。雖然這個市場相對于成像的最大手機的相機市場還是很小，但是增長速度還是很快的。

其中我國前幾年機器視覺系統(tǒng)主要應用在半導體及電子制造領域（2015年占比高達46.4%），其中較為突出的是在SMT貼片、AOI/AXI設備以及連接器檢測上。此外，主要應用領域還包括監(jiān)控、汽車、制藥等。而最近幾年的半導體生產中工業(yè)相機尤為重要，在硅晶圓檢測、切割、封裝、檢測等過程中的高精度定位中都發(fā)揮著無法替代的作用。而自動化生產中，視覺定位也是主流的高精度定位方法。



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

1、工業(yè)生產領域，這是一個很廣泛的領域，既可以包括高精度的視覺定位，外觀檢測這樣的高精度場景，也可以包括紅外，X光，UV成像部件檢測等這樣非簡單可見光成像，外也可以包括像是計數(shù)，或者二維碼標簽掃描之類的簡單的視覺應用。

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

3、體育項目上，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球的狀態(tài)、和空氣產生的阻力等等；

4? 醫(yī)療檢測，X光成像，CT，核磁成像等

5 ?生活中常見的領域，電子支付，二維碼掃描，超市中產品標簽的快速掃描，其它一些需要圖像的自動領域。

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

7 ?其他領域，如：航天科研、軍事科學、航天航空等眾多領域

工業(yè)相機的sensor類型和主要生產商

在工業(yè)攝像頭CCD和CMOS的sensor都存在，但是大的趨勢是CMOS sensor成為主流。而過往中global shutter 在工業(yè)相機中多，但是現(xiàn)在也有一部分的rolling shutter的sensor。而多數(shù)的國際一線的供應商主要是 Sony和On-semi，國外歐洲有些公司公司也在這個市場做的不錯。國內的話smart sense和長辰光電也在做但是市場份額比較少。在車載領域OV在中國市場的增長是很不錯的，但是在其它CV領域并不太多。2018年sony已取得62%的市場占有率，是2017年的兩倍。安森美半導體斬獲了22%的市場份額，比2017年下降了3個百分點。Teledyne 和 e2V的市場份為7%，ams Sensors Belgium的市場份額與2017年持平，仍是3%。但是On-semi在產品線上是目前世界最全的。

國內模組的生產廠商?？?，華睿，凌云，北京微視，大恒圖像，國外的日本基恩士（Keyence），三菱，Dalsa，德國Allied Vision Technologies 等。國內生產廠商多是自己生產和代理同時有，而且代理的份額大。

在工業(yè)相機的生產中，有些廠商會選擇下面這樣的模組，而有些則直接將sensor生產到所使用的設備里。

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

按照芯片類型可以分為CCD相機、CMOS相機；

按照傳感器的結構特性可以分為線陣相機、面陣相機；

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；

按照輸出信號速度可以分為普通幀率、高幀率、超高幀率；

按照響應頻率范圍可以分為可見光（普通）相機、紅外相機、紫外相機等。

但是在實際的使用中上面的分類太過于碎片，sensor也很難以這種方式來分類使用。在實際使用中僅以幀率和分辨率來說，這兩者之間是有一定矛盾的。幀率高的時候曝光時間就短，對于sensor的sensitivity要求就高，相對來說大像素（小分辨率）更容易實現(xiàn)。工業(yè)相機主要和其使用的場景有很大關系，并不是所有場景都需要分辨率和幀率同時都很高。

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

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1 小分辨VGA~1080大于100幀超高幀率使用場景

主要的應用場景在掃碼等一些圖像質量要求不高的場景，比如快速生產檢測的產線上條碼掃描，物流分類，還有嵌入式應用在機器人上做sensing或者輔助操作 （比如AGV自動導引運輸車），及某些固定使用場景的自動駕駛設備對于二維碼，條碼，標識的識別。這種應用場景下的解析力一般在VGA(30W 640*80)~Full HD(1920*1080)已經足夠了。但是對于幀率一般至少要100FPS~850FPS。這樣可以有效的高速生產或者運動環(huán)境中減少運動模糊，提高生產效率。

 

2 2M~5M高清正常幀率或者高速幀率使用場景

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

 

3 4K到2500W 高分辨率使用場景

主要的應用一些更高精度的組裝和檢測場景。如高精度結構定位組裝，PCB檢查，切片檢查等。在這些場景下往往對于精度是毫米甚至小于毫米級別的。因此對于解析力4112*2176~2592*20483 幀率：10FPS~60FPS

 

4 超高清檢測 2500W以上像素 4000W像素甚至到 1個億像素以上的

主要的應用一些超高精度檢測場景。這些場景下往往對于成像的時間并不太關心，甚至不關心運動模糊的問題。

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



工業(yè)相機的接口：

工業(yè)相機的接口方面相對目前手機上一同江湖的MIPI來說是五花八門的。

迄今為止，GigE Vision是目前領先的傳輸標準。其本身是基于千兆以太網，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準，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標準用于5Gb/s以上的傳輸寬帶。從趨勢來看GigE是最有前途的接口。下面是從網上找到一個目前各個接口的使用比例，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，對高低溫有著特殊的設計。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）。

 

sensor的大小

工業(yè)相機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三種在此基礎上，每個下面又會有細分，比如μBGA, CPGA。（這種細分種類一般是比較高級的封裝類型，CIS領域好像常見的商用產品不會涉及。）封裝材料，主流兩類：ceramic substrate和 glass substrate。說實話這些封裝中有很多我也不知道具體的區(qū)別。后面有機會請我們的snesor專家進一步的來介紹。下面是我找到的一些芯片封裝的樣子。

 

目前工業(yè)相機的發(fā)展勢頭是很不錯的。但是由于單個領域的需求量還不足以引導整個市場，使得工業(yè)相機的sensor設計上有些碎片化。很多像是HDR，anti flickering的功能還沒能完全確定下來。global shutter中加入 HDR 產品對設計要求高，因為即要做到能維持global shutter 很低的motion blur 的前提，又要比普通線性模式更高的寬動態(tài)，傳統(tǒng)rolling shutter里應用的HDR手段比如多次曝光或者長短曝光時間等都無法被采用，有一些GS HDR是借助sensor內AD不同增益實現(xiàn)的虛擬HDR，目前一些ITS的應用場景會有需求。而真實HDR + Global shutter只在某些少量不在乎成本的客制化芯片存在。還相信隨著市場和應用的擴大，工業(yè)相機針對實際市場的sensor需求會細分下來。

此文章來自“大話成像”