深耕机器视觉，Teledyne e2v全局快门图像传感器显威力

张耀强

1 机器视觉行业的全局快门图像传感器机会

Teledyne e2v是Teledyne Technologies旗下公司，也是全球领先的高性能图像解决方案供应商。Teledyne e2v针对机器视觉市场提供高性能图像传感器、定制化的摄像头解决方案以及特定应用的标准产品。公司研发的全局快门图像传感器，由于其成像质量好、噪声低、帧率高，并且集成了相应的处理功能，受到了客户的广泛欢迎。现在我们的产品应用于工业相机、智能扫码、人脸识别、智能交通系统和工业人工智能等领域，统称为机器视觉领域。

在工业领域，机器视觉被广泛用于自动检验、工件加工、装配自动化以及生产过程控制和监视图像识别。对产品质量需求的提升，促进了机器视觉在汽车、电子、半导体、食品和包装行业的发展。事实上，机器视觉已经“飞跃”工厂，现身于农场、道路和停车场（如车牌识别）、物流仓储等多种环境。据统计，全球机器视觉相机市场将从2020年的36亿美元增长到2026年的55亿美元左右，复合年增长率（CAGR）为7.4%。

为了能够更好地抓住机器视觉行业爆发增长的历史机遇，我们深耕每个行业，了解客户的需要和痛点，推出了很多产品，并集成了相应功能帮助客户降低使用门槛和增加使用便利性。

2 工业图像传感器的发展动向

工业4.0的首要目的是在解放劳动力的前提下实现生产力与生产质量的进一步提高。我们认为，核心竞争力比的是 “快速”和“精准”（精准是能力，也是质量）。智能制造的核心是“智”。“智”的核心就是信息获取的快和准，信息处理的快和准。一个人的武功高低，要看“手眼身法步”，要想成为智能制造的武林高手，“眼力”和“招法”的水准是核心之中的核心。

视觉技术极大提高了工业自动化中信息的获取能力，信息將不再是单一维度的简单数据，而是广域立体的海量数据，同时在速度、尺寸、光谱等维度大大突破人眼极限，例如：视觉系统基本覆盖全光谱，分辨率可以达到1 μm，速度可以达到每秒上亿帧，这在速度和精度上都大大超出了当前的工业制造水平，甚至满足未来相当长时间更加精密、更加高速的制造要求，完全可以保证工业制造中信息获取的快和准。另一方面，图像技术飞速发展，让海量图像信息得以高速、实时、智能的分析利用，大大提高了人的判断速度，越来越接近人的智慧程度，助推工业生产中信息处理的快和准。

传感器制造技术的发展向更精密的工艺要求、更多元化的工艺技术和多附加功能的方向前进。所谓更精密的工艺要求就是采用更加精密的晶圆技术。当前一代产品我们用的是110 nm晶圆制造工艺，下一代我们将会进入65 nm时代，新产品的图像表现将更加突出。更多元化的工艺技术是只指当前的产品像元设计为前照式技术。由于小型化和更高图像质量的需求，很多厂家开始使用背照式像元设计方案。该方案大大增强了感光面积，然而，由于工艺难度非常高良率较低，所以当前市场背照式Global shutter非常少。另外由于对系统集成化和小型化的要求越来越高，传感器将不只是用来成像的工具，还会集成更多SoC和算法，成为真正的智能传感器。我认为这将是当前传感器技术发展的三个趋势。

视觉与图像技术相结合给工业设备安装了一双超级“智眼”。未来的工业生产将以“智眼”为核心，装备在千千万万、形形色色的设备上，指挥各种各样的“手、脚、身体”动作，实现“深度感知、智慧决策、自动执行”，成为“智人”，让自动化、智能化工业制造插上腾飞的翅膀！

3 Teledyne e2v的解决方案

伴随中国智能制造2025及工业4.0的崛起，各行各业对图像的需求百花齐放。作为图像传感器CMOS芯片制造厂商，如何更好地了解各行业应用，为客户节省成本，提高生产效率和检测率是我们的使命。我们将围绕芯片端嵌入式图像技术，覆盖低分辨率到超高分辨率，低速到当前世界最高速的1000万像素以上的芯片技术；2D到2.5D激光三角技术再到3D ToF技术；宽动态范围、多感兴趣区域独立控制、自动快速曝光控制、自动追踪目标物体位置等专利技术，深入浅出地介绍E2V新型CMOS技术给工业检测、物流交通、监控广播、机器人、智慧工厂等各行业带来的便利。Teledyne e2v拥有先进的像素设计能力和单一像素6T技术，我们基于此技术研发了如下一系列新产品：

1）Emerald系列产品采用非常简短的Global Shutter像元技术，单一像元尺寸2.8 μm，在1英寸（1英寸= 2.54 cm）封装下分辨率最高可达16 M像素。此外，8.9 M、10 M、12 M和16 M产品可广泛应用于智能交通、机器视觉、物流扫码等行业。Emerald XL产品再次突破了global shutter的极限，在2.5 um的像元下可可以得到非常纯净的画面，分辨率达到67 M。在超高分辨率的基础上还实现了高速的传输，该产品最高可以做到60 fps，是面板行业，铁路检测和机器视觉行业中非常好的选择。

2）Snappy系列产品依托当前2.8 μm像元技术，开发了2 M和5 M分辨率产品。由于继承了快速自曝光、Smart ROI等功能，能够大大提升工业扫码行业的检测效率，尤其是基于2 M芯片和压电技术的可变焦模组，使得景深达到10 cm到无穷大，可以快速识别到高低不同的物体。且大大降低系统成本，受到工业扫码行业的广泛关注和选择。

3）Flash系列产品是我们最新研发的高速传感器。分辨率2 k×1 k的帧率可达1 500 fps，4 k×1 k可以达到1 800 fps。6 μm的像元可以带来非常好的画面质量。由于有独特的矩形感光区域，该产品将会成为3D激光相机行业一个非常好的选择。

4）ToF（飞行时间）Hydra系列3D图像传感器。它是分辨率为800×600的WVGA像素的高速ToF图像传感器。在满足高分辨率的情况下，其帧率可超过400 fps，积分时间为20 ns，可以满足客户抗拖影和抖动的需求。该产品的精度、深度信息一致性相当好，画面纯净，精度高，满足对ToF有高端需求的特殊用户。

Teledyne e2v的CMOS、CCD和EMCCD的面阵和3D图像传感器、线扫相机、相机模块和子系统为许多应用提供了高性能，技术特点包括背照式、低噪、涵盖X射线到近红外波段高感光高灵敏度等。Teledyne e2v独特的运作方式包括聆听客户需求，与他们建立战略共赢关系，提供创新的标准、半定制或完全定制的成像解决方案，从而帮助客户提高其系统的核心竞争力。