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編輯：芯智訊-浪客劍
7月8日，在2024年上海機(jī)器視覺展暨機(jī)器視覺技術(shù)及工業(yè)應(yīng)用研討會(huì)期間，工業(yè)及汽車CMOS圖像傳感器（CIS）及功率半導(dǎo)體大廠安森美召開媒體會(huì)，介紹了安森美在工業(yè)領(lǐng)域的CIS產(chǎn)品布局，并展示了其最新的面向工業(yè)的CIS產(chǎn)品解決方案。
工業(yè)及汽車CIS市場(chǎng)第一！SiC器件市場(chǎng)第二！
作為全球領(lǐng)先的半導(dǎo)體制造商，安森美起源于摩托羅拉的標(biāo)準(zhǔn)產(chǎn)品半導(dǎo)體業(yè)務(wù)，1999年從摩托羅拉分拆出來(lái)成為了名為“安森美半導(dǎo)體”（ON Semiconductor）的獨(dú)立公司。2016年安森美半導(dǎo)體又收購(gòu)了半導(dǎo)體行業(yè)的鼻祖——仙童半導(dǎo)體（Fairchild Semiconductor）。安森美通過一系列收購(gòu)和強(qiáng)勁的內(nèi)部發(fā)展，成為一家頂級(jí)的半導(dǎo)體制造商，并在汽車、工業(yè)和云電源等多個(gè)市場(chǎng)和技術(shù)領(lǐng)域取得領(lǐng)先地位。2021年，為了更好地反映其廣泛的技術(shù)組合、差異化的產(chǎn)品線和市場(chǎng)領(lǐng)導(dǎo)地位，安森美半導(dǎo)體正式更名為安森美（onsemi）。
目前安森美的業(yè)務(wù)主要分為工業(yè)和汽車兩大板塊，提供了80,000余種元器件產(chǎn)品，主要包括圖像傳感器、功率半導(dǎo)體（包括MOSFET、IGBT模塊、碳化硅系列產(chǎn)品）等。其中，圖像傳感器主要應(yīng)用于汽車、機(jī)器視覺、機(jī)器人和工業(yè)自動(dòng)化等領(lǐng)域；碳化硅系列（EliteSiC） 和其他功率半導(dǎo)體主要應(yīng)用于汽車、充電基礎(chǔ)設(shè)施和替代能源等領(lǐng)域。另外，在汽車領(lǐng)域，安森美還擁有用于 ADAS 的激光雷達(dá)(LiDAR)，用于汽車 CPU、LED 照明和車身電子的電源管理等。
憑借領(lǐng)先的技術(shù)和完整的產(chǎn)品線，安森美在汽車及工業(yè)CIS市場(chǎng)一直是全球第一大供應(yīng)商，在SiC器件市場(chǎng)也同樣的是位于全球前列。
根據(jù)Yole Group的報(bào)告顯示，在2023年汽車CIS市場(chǎng)，安森美半導(dǎo)體繼續(xù)保持領(lǐng)先地位，占據(jù)了全球超過33%的市場(chǎng)份額，其次是中國(guó)的豪威集團(tuán)（27%）和日本的索尼（14%）。
根據(jù)市場(chǎng)研究機(jī)構(gòu)TrendForce集邦咨詢最新發(fā)布的研究報(bào)告顯示，受益于純電動(dòng)汽車應(yīng)用需求的增長(zhǎng)，2023年全球SiC（碳化硅）功率元件市場(chǎng)保持了強(qiáng)勁成長(zhǎng)，其中意法半導(dǎo)體（ST）以32.6%市占率位居第一，安森美則由2022年的第四名躍居第二名，市場(chǎng)份額為23.6%。
根據(jù)安森美在此次媒體會(huì)上公布的數(shù)據(jù)也顯示，在2023年的工業(yè)應(yīng)用的CIS市場(chǎng)，安森美也以31%的市場(chǎng)份額穩(wěn)居全球第一，CIS大廠索尼（30%）也只能曲居第二。
值得一提的是，在用于自動(dòng)駕駛和停車輔助的超聲波傳感器市場(chǎng)，安森美也是排名第一。
45年的圖像傳感器研發(fā)歷史
安森美之所以能夠在汽車及工業(yè)CIS市場(chǎng)持續(xù)占據(jù)著全球第一的市場(chǎng)份額，則與其在圖像傳感器領(lǐng)域多年的內(nèi)部研發(fā)和持續(xù)并購(gòu)密不可分。
據(jù)介紹，安森美在圖像傳感器領(lǐng)域擁有超過45年的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)，最早可以追溯到其收購(gòu)的Truesense公司的前身——柯達(dá)的圖像傳感器部門，柯達(dá)科學(xué)家Bryce Bayer所發(fā)明的拜耳陣列正是圖像傳感器的基礎(chǔ)技術(shù)之一。
2011年，安森美收購(gòu)了Cypress半導(dǎo)體的CMOS圖像傳感器業(yè)務(wù)部。Cypress的定制CMOS傳感器用于ARRI 專業(yè)數(shù)字?jǐn)z影機(jī)上，采用ARRI攝影機(jī)、鏡頭和燈光系統(tǒng)拍攝的電影屢次獲得奧斯卡各類最佳影片、最佳攝影等獎(jiǎng)項(xiàng)。
2014年安森美又收購(gòu)了Aptina，其前身更是CMOS圖像傳感器的發(fā)明者Eric Fossum創(chuàng)立的首家將CMOS商業(yè)化的公司Photobit。
2018年，安森美通過收購(gòu)SiPM和SPAD供應(yīng)商SensL，成功幫助安森美擴(kuò)展其在3D成像、雷達(dá)和LiDAR（激光雷達(dá)）領(lǐng)域的技術(shù)實(shí)力。
可以說(shuō)，通過這一些列的收購(gòu)，再加上內(nèi)部的持續(xù)研發(fā)，使得安森美擁有非常強(qiáng)大的圖像傳感器技術(shù)積累（專利數(shù)已經(jīng)超過了2300項(xiàng)）和豐富的產(chǎn)品組合，最終才奠定了其在汽車及工業(yè)圖像傳感器市場(chǎng)的領(lǐng)導(dǎo)地位。
安森美的工業(yè)圖像傳感器產(chǎn)品布局
由于安森美在此次上海機(jī)器視覺展上主要展示的是工業(yè)CIS產(chǎn)品及解決方案，因此，安森美在此次媒體會(huì)上主要介紹的也是其面向工業(yè)的圖像傳感器產(chǎn)品布局。
安森美的工業(yè)CIS產(chǎn)品線主要分為全局快門和卷簾快門兩大產(chǎn)品線。
全局快門圖像傳感器的工作原理是將整個(gè)畫面同時(shí)曝光，然后整個(gè)畫面可以同時(shí)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，這種工作方式的好處是曝光時(shí)間快，所以很適合高速、準(zhǔn)確抓拍等場(chǎng)景的需求。全局快門CIS在當(dāng)今的機(jī)器視覺領(lǐng)域已十分常見，因?yàn)樗诰邆渖鲜霰姸鄡?yōu)勢(shì)的同時(shí)，還與CCD傳感器和卷簾快門圖像傳感器擁有相同的光學(xué)性能。目前全局快門圖像傳感器主要是在較低分辨率的市場(chǎng)中大面積取代了CCD和卷簾快門，并且在向高分辨率方向發(fā)展。
卷簾式快門與全局快門在工作原理上略有區(qū)別，卷簾式快門的工作原理是將畫面分割成尺寸大小相同的條狀，然后從上到下逐條曝光，逐條轉(zhuǎn)為數(shù)字信號(hào)。由于是逐條曝光，所以可能會(huì)導(dǎo)致畫面出現(xiàn)動(dòng)態(tài)模糊的果凍效應(yīng)（jello effect）或拖影。所以，卷簾式快門很難滿足高速、準(zhǔn)確的識(shí)別要求。
總結(jié)來(lái)說(shuō)，全局快門具有更高的響應(yīng)速度和更清晰的圖像質(zhì)量，適合拍攝快速運(yùn)動(dòng)的物體，但是所需要的傳感器面積更大、功耗相對(duì)更高、成本也更為昂貴。相比之下，卷簾快門CIS可以在更小的尺寸內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高的像素分辨率，并且價(jià)格也比較親民。
1、全局快門CIS
目前，安森美面向工業(yè)市場(chǎng)全局快門圖像傳感器產(chǎn)品線主要有三大系列，22款產(chǎn)品。其中，PYTHON系列主要支持最高速度、NIR 增強(qiáng)；XGS系列則是功能更豐富，可提供最佳圖像質(zhì)量，并且全系列支持Pin to Pin；Hyperlux SG系列則擁有卓越的微光性能和eHDR，并可提供最具成本效益的解決方案。
具體來(lái)說(shuō)，XGS系列一個(gè)尺寸支持從 2MP 到 16MP 的所有分辨率，另一個(gè)尺寸支持從 20MP 到 45MP 的所有分辨率，并且具有相同的“外觀和使用體驗(yàn)”（IP 重用），支持Pin to Pin全引腳兼容，可以幫助客戶快速進(jìn)行產(chǎn)品的升級(jí)迭代，并縮短上市時(shí)間。此外，XGS系列還具有超低功耗的優(yōu)勢(shì)，與競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品相比，功耗可降低達(dá)2倍，這也使得其更易于進(jìn)行熱管理，成本也相對(duì)較低。目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域包括：通用機(jī)器視覺、電池檢測(cè)、半導(dǎo)體檢測(cè)、智能交通系統(tǒng) (ITS)、廣播（ 8K at 60fps ）等。
PYTHON系列擁有業(yè)界領(lǐng)先的幀速率，在 ROI 讀取的情況下，所有 PYTHON 系列器件都有“二次方增速”特性（在窗口的寬度(x) 減小的情況下，幀率也會(huì)增加）， 默認(rèn)幀率足夠高，可涵蓋大多數(shù)應(yīng)用；分辨率范圍從 VGA 到 25MP，擁有 8 種分辨率可選，并可選方形和矩形長(zhǎng)寬比，可充分利用可用視場(chǎng) (FOV)，多種分辨率和速度等級(jí)，可提供經(jīng)濟(jì)有效的成像方案；各種分辨率產(chǎn)品之間也具有引腳兼容性，一個(gè)尺寸支持從 300KP 到 1.3MP 的所有分辨率，第二個(gè)尺寸支持從 2MP 到 5MP 的所有分辨率，第三個(gè)尺寸覆蓋從 16MP 到 25MP 的所有分辨率，并且所有 PYTHON 系列器件也都具有相同的“外觀和使用體驗(yàn)”（IP 重用），可以幫助客戶快速的進(jìn)行產(chǎn)品升級(jí)、縮短產(chǎn)品上市時(shí)間。目標(biāo)應(yīng)用領(lǐng)域是通用機(jī)器視覺、電池檢測(cè)、半導(dǎo)體檢測(cè)、智能交通系統(tǒng) (ITS)、 鐵路檢測(cè)（受電弓）等。
Hyperlux SG系列擁有同類最佳的全局快門效率，對(duì)于角速度較快的物體的應(yīng)用至關(guān)重要，可以最大限度減少因振動(dòng)產(chǎn)生的問題；擁有專為工業(yè)而設(shè)計(jì)的功能和模式，包括可編程和可切換的 ROI。支持自動(dòng)曝光和控制，以適應(yīng)動(dòng)態(tài)照明。支持觸發(fā)器和頻閃控制，以實(shí)現(xiàn)精確主動(dòng)照明。具備低功耗特性，適合電池供電設(shè)備。擁有 VGA、1MP、2 MP三種分辨率可選。在應(yīng)用方面，適用于通用機(jī)器視覺、掃描、生物識(shí)別技術(shù)、機(jī)器人（包括無(wú)人機(jī)）、增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)、工廠自動(dòng)化等。
此外，安森美面向工業(yè)市場(chǎng)全局快門圖像傳感器產(chǎn)品當(dāng)中，還擁有支持深度信息感知的Hyperlux ID系列。目前Hyperlux ID系列只有一款產(chǎn)品，即內(nèi)置深度影射的1.2MP智能iToF。
據(jù)安森美智能感知事業(yè)群工業(yè)及消費(fèi)應(yīng)用感知部產(chǎn)品線總監(jiān)Danny Scheffer介紹，之所以選擇做iToF，而不是蘋果等廠商選擇的dToF，是由于iToF的覆蓋范圍比iToF（一般是5米左右）更遠(yuǎn)，可以遠(yuǎn)20米以上，深度距離長(zhǎng)，環(huán)境光抑制能力也更強(qiáng)，可以支持在戶外工作。
另外，這款Hyperlux ID系列產(chǎn)品采用了1.2MP 全局快門 BSI 像素，深度分辨率（1280×960）和準(zhǔn)確度更高；結(jié)合獨(dú)特的集成和讀出結(jié)構(gòu)以及全局快門和片上存儲(chǔ)功能，可以減少運(yùn)動(dòng)偽影；另外在傳感器端還集成了深度處理單元，無(wú)需幀存儲(chǔ)器和 FPGA 或外部計(jì)算能力，即可完成對(duì)于深度信息的計(jì)算，最大支持120fps@VGA。得益于這款產(chǎn)品的高集成度，這也使得其不僅尺寸更小、系統(tǒng)成本也更低。
2、卷簾快門CIS
同樣，安森美面向工業(yè)市場(chǎng)卷簾快門圖像傳感器產(chǎn)品線也主要有Hyperlux LP、Hyperlux LH、Hyperlux 三大系列。
其中，Hyperlux LP系列采用堆棧式架構(gòu)，1.4 微米 BSI 像素，可實(shí)現(xiàn)超小的傳感器尺寸和超低功耗。同時(shí)，還支持運(yùn)動(dòng)喚醒（WOM）功能，可以進(jìn)一步降低功耗；并且支持智能感興趣區(qū)域 (SmartROI)功能，可以大幅節(jié)省帶寬。
據(jù)安森美智能感知事業(yè)群工業(yè)及消費(fèi)應(yīng)用感知部產(chǎn)品線經(jīng)理Jason Wang介紹，支持運(yùn)動(dòng)喚醒功能的傳感器，在未檢測(cè)到運(yùn)動(dòng)物體時(shí)，可以以低分辨率、最低幀速率運(yùn)行，這樣可以極大的降低工作的功耗，傳感器功耗將低于2 mW。當(dāng)檢測(cè)到有運(yùn)動(dòng)物體時(shí)（探測(cè)距離可達(dá)8米），它將會(huì)進(jìn)入運(yùn)動(dòng)喚醒模式，快速切換到原本設(shè)定的工作分辨率和幀率。并且，它還能夠屏蔽與應(yīng)用無(wú)關(guān)的運(yùn)動(dòng)區(qū)域，避免干擾，實(shí)現(xiàn)更加的準(zhǔn)確和高效。
至于SmartROI功能，則可支持多個(gè)感興趣區(qū)域 (ROI)，可以在大幅減少帶寬的情況下提供場(chǎng)景的上下文視圖，并能夠以原始細(xì)節(jié)提供單獨(dú)的 ROI，并且支持雙路MIPI輸出。如果以2000萬(wàn)像素的傳感器為例，如果支持SmartROI則可以把帶寬從 600MPix/s 降至 45MPix/s，即可提升約 15 倍的傳輸速度，加快安防攝像頭的檢測(cè)時(shí)間，提升用戶視頻會(huì)議的體驗(yàn)。
Hyperlux LH系列采用堆棧式 2.0um BSI 像素，HDR高達(dá) 120 dB，其eHDR技術(shù)可節(jié)省系統(tǒng)資源，并且該傳感器在近紅外光譜中具有高量子效率，能夠在不犧牲圖像質(zhì)量的前提下，減少其使用數(shù)量、降低光照強(qiáng)度需要、降低總體BOM成本。
eHDR的多次曝光合成是在傳感器內(nèi)部進(jìn)行完成的，通過內(nèi)部智能擬合以及壓縮功能，可以將3次曝光的20bit數(shù)據(jù)壓縮成12bit數(shù)據(jù)，然后再傳輸給后端平臺(tái)，極大的降低了系統(tǒng)的數(shù)據(jù)帶寬。如果采用傳統(tǒng)的HDR 數(shù)據(jù)傳輸方式，4K 3次曝光需要超過10Gbps,這對(duì)SERDES以及線纜的挑戰(zhàn)十分巨大。
通常多次曝光的傳感器會(huì)發(fā)送每一次曝光的數(shù)據(jù)給到后端處理器來(lái)進(jìn)行合成，而3次曝光就需要發(fā)送3幀數(shù)據(jù)。根據(jù)計(jì)算，如果采用傳統(tǒng)的HDR 數(shù)據(jù)傳輸方式，4K 3次曝光需要超過10Gbps,這對(duì)SERDES以及線纜的挑戰(zhàn)十分巨大。
“傳統(tǒng)的多重曝光高動(dòng)態(tài)范圍（HDR）成像技術(shù)是通過 MIPI 發(fā)送多重曝光數(shù)據(jù)，交給后端的ISP/SoC來(lái)進(jìn)行比特位深（Bit-depth）處理，因此存在MIPI 通信鏈路帶寬有限的問題。而Hyperlux LH系列所支持的eHDR技術(shù)，則可以直接在傳感器端進(jìn)行一系列計(jì)算：捕捉多重曝光（最多 3 次），每次 12-bit 數(shù)據(jù)； 合并多重曝光，生成 20-bit 合并圖像；在合并圖像上執(zhí)行自適應(yīng)局部色調(diào)映射 (ALTM)，輸出 12-bit 圖像，最終實(shí)現(xiàn)傳感器輸出的高動(dòng)態(tài)范圍。這樣帶來(lái)的好處是，將圖像的HDR處理放到了傳感器端，在降低對(duì)于MIPI通信鏈路帶寬的要求的同時(shí)，降低對(duì)于后端ISP/SoC計(jì)算資源的需求，使得成像速率提升，整體功耗也能夠得到降低。另外，eHDR 還可以實(shí)現(xiàn) 4K 遠(yuǎn)程多攝像頭系統(tǒng) HDR 功能?！盝ason Wang針對(duì)eHDR技術(shù)進(jìn)一步解釋到。
Hyperlux系列則支持最高動(dòng)態(tài)范圍（150db）、LED 無(wú)閃爍，單次曝光可達(dá)110db HDR，具有卓越的微光性能和“一勞永逸” 的設(shè)置功能。
憑借安森美的豐富的工業(yè)CIS產(chǎn)品線，其成像解決方案已經(jīng)覆蓋了醫(yī)療、行車記錄儀、工業(yè)自動(dòng)化、安防、車艙監(jiān)控、視頻會(huì)議、航空、機(jī)器人、XR、智能電視、筆記本電腦、運(yùn)動(dòng)識(shí)別、生物識(shí)別等超過25個(gè)細(xì)分應(yīng)用領(lǐng)域。
強(qiáng)大的研發(fā)制造與供應(yīng)鏈體系
在工業(yè)級(jí)汽車CIS市場(chǎng)持續(xù)取得全球第一的市場(chǎng)地位的背后，除了擁有領(lǐng)先的技術(shù)和豐富的產(chǎn)品線之外，安森美作為一家IDM廠商還擁有強(qiáng)大的遍布全球的研發(fā)與制造網(wǎng)絡(luò)。據(jù)介紹，安森美目前在全球9個(gè)國(guó)家擁有19座生產(chǎn)工廠，并在全球19個(gè)國(guó)家設(shè)有43個(gè)設(shè)計(jì)中心，此外還在5個(gè)國(guó)家設(shè)有解決方案工程中心，全球員工總數(shù)達(dá)到了33000人。
具體到CIS產(chǎn)品（包括車規(guī)級(jí)的CIS）方面，安森美擁有完整的端到端的內(nèi)部制造能力，涵蓋了晶圓制造（主要是在美國(guó)紐約州的晶圓廠）、領(lǐng)先的色彩濾波陣列（CFA) 和微鏡技術(shù)（美國(guó)和亞洲均有200mm和300mm產(chǎn)能）、晶圓檢測(cè)（美國(guó)愛達(dá)荷州）、組裝（馬來(lái)西亞）、最終測(cè)試（馬來(lái)西亞）等所有關(guān)鍵環(huán)節(jié)。并且其中所涉及的關(guān)鍵技術(shù)和系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)方面，安森美也都居于全球領(lǐng)先地位。
據(jù)安森美智能感知事業(yè)群工業(yè)及消費(fèi)應(yīng)用感知部門副總裁兼總經(jīng)理John Gerard強(qiáng)調(diào)，雖然安森美擁有完整的內(nèi)部制造體系，但是安森美也有利用外部供應(yīng)商的全球代工產(chǎn)能，以實(shí)現(xiàn)雙供應(yīng)鏈體系，進(jìn)而保障供應(yīng)鏈安全。同時(shí)也能夠更好調(diào)節(jié)產(chǎn)能，應(yīng)對(duì)市場(chǎng)需求的變化，為客戶提供更穩(wěn)定的供貨。
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