原创 工业新世界：数码图像大门已打开

1969年，第一片CCD图像传感器在美国贝尔实验室诞生，自此，为工业视觉行业打开了数码图像的大门。

工业视觉，从定义来看，是将硬件如光源，传感器，相机等集成综合性仪器同时辅以底层算法用于工业制造方向，协助制造业实现引导、识别、检测和测量功能，最终促进工业制造智能化，是自动化到智能化的关键拼图，兼具状态感知（视觉）和自主决策（边缘控制和AI）的能力。

随着人工智能、计算机视觉等技术的不断成熟，以及德国“工业 4.0”、日本机器人新战略、美国先进制造伙伴计划、中国制造2025等政策的不断驱动，极大促进了工业视觉产业发展。据公开数据显示，工业视觉行业2021年市场规模达178亿，未来五年复合增速25%，预计2026年市场规模达543亿，市场需求巨大。

“纵观工业视觉市场，以总的营业额来看，工业自动化份额占比最高。” 艾迈斯欧司朗资深现场支持工程师Daniel Wang认为要讲工业视觉，工业自动化首当其冲。

1、打头阵的工业自动化

下图完整还原了工厂自动化的整体架构——一般而言，其包含相机系统，配对的光源系统，显示终端以及控制系统。

“在这些主要部件上，艾迈斯欧司朗首先为客户提供的就是光源。”

事实上，不同应用对光源的需求也不同，例如，一般在工业场景中，大的物件检测是用白光；但在硬质板检测中，会根据硬质板的材质，选择单色光或者白光等不同光源；而3D扫描检测的时候需要用到线激光。“所以，针对工业自动化中所需的光源，艾迈斯欧司朗也提供了多样选择给到客户。”

客户可以基于发射功率、色彩、饱和度、CRI等参数做不同的选择。同时，艾迈斯欧司朗也在同样的封装条件下提供了更多选择，方便客户去灵活匹配所需的光源模组。

而对于相机，艾迈斯欧司朗聚焦提供图像传感器，主打CMOS和CCD类型。CCD是艾迈斯欧司朗最老一代的产品，据悉现在其7000万像素的产品还在市场上使用。

此外，还有全局曝光的CMOS图像传感器，例如业界都熟悉的CMV系列，采用了获得专利的8T全局快门像素结构，分辨率范围从VGA到50MP像素，在光线条件控制受限（如户外环境）下依然有极佳的性能表现。 

“具体到产品里面，可以带大家简单浏览下我们的面阵产品和线阵产品。”

在面扫描图像传感器这块，艾迈斯欧司朗现在有两大系列，一个是已经推出多年，很成熟的CMV系列，这个产品系列的分辨率可以横跨200万到5000万。

此外，即是最近几年推出的新产品CSG，目前这个大线源的面阵都是采用前照式的方式。CSG有别于CMV，它会在内部提供更多的智能化功能。另外在像元设计上CMV是用电压域的方式，而CSG采用电荷域的方式，能在保证高的动态范围和低噪声的同时进一步优化应用或产品成本。

在线阵产品中，Dragster的分辨率是从 2k-16k，在全系列中，传输运行、全分辨率运行的时候最高可以达到80kScan/s。

4LS作为艾迈斯欧司朗去年正式量产的产品，该传感器上同时具备R、G、B 和clear四通道，而这能更好匹配当下工业环境中越来越多需要帧采的应用。同样，4LS 兼具彩色和黑白2个版本，其黑白版本上时延堆叠的功能是 4：1，即在暗光或者是环境光相对比较弱的情况下同样能够获得很好的图像效果。

2、智能门禁：“鱼”和“熊掌”我都要

智能门禁其实贯穿工业和消费应用，但由于疫情推动，非接触式身份验证趋势加速发展，同时而来的还有对安全性的更高要求，3D技术的融入可以说让智能门禁二者兼得。

 “3D技术应用多年，虽然在手机市场上没有绝对的爆发，但是从技术层面来讲到目前为止已经非常成熟，”Daniel解释道，“并且已经在不同产品/应用处得到了认可。”

提到3D技术，主流的方案即主动立体视觉（ASV）、飞行时间（ToF）和结构光（SL）3大类。

就结构光而言，目前国内已有很多模组厂可以提供完整的结构光方案，据悉，艾迈斯欧司朗也已和各大模组厂紧密配合，为其提供多样的光学部件。
“而在双目视觉这块，艾迈斯欧司朗的独有优势是在传统的双目视觉下加一个Projector——点阵发射器”，这会增强或者改善原先传统双目视觉在某些局限性应用下的效果，比如像缺少纹理或者环境光比较昏暗的情况，利用Projector来增加该场景的纹理，或者是作为一些远距离或者大场景下的行为追踪分析。“我们有提供2类点阵发射器，一类是Belice-SD，另一类叫Belago。”

据悉，艾迈斯欧司朗目前提供的点阵发射器都是5000 点的点阵，不同产品系列的区别多在波长，一个850nm，一个是940nm。对于未来的规划，Daniel也直言就是增加点阵的数量，这也是源于应用端对于需要控制或需要追踪的细节要求越来越高。“另外，像Belice-SD是规则的散斑，后续我们也会提供一些非规则、非均匀的散斑产品。”

当然，我们看到这2类方案中都需要红外相机，提到红外相机，红外图像传感器就必不可少。

Mira——艾迈斯欧司朗最新推出的面阵传感器系列，具有量子效率QE近红外增强功能，在940nm时，其QE（量子效率）可以达到 40%。配合高效率红外光源，可以在保证画面效果的同时，降低整个系统的功耗和成本。

而对于高效率红外光源，艾迈斯欧司朗的红外LED通过不同的封装、不同的发射功率和不同的FOI，提供了不同的选择。“以标准产品P2720为例，我们既有不带Lens的产品，也有带不同Lens的产品供大家选择，它的FOI半角的数值可以满足从25°到75°的不同需求。”

据专家透露，上图右下角是艾迈斯欧司朗即将推出的一款新品，在产品上面装上了一个形状类似于花生的透镜，从而使得红外光源发出类似矩形的光斑。“这款产品虽然还未正式量产，但已经有蛮多客户做过验证，完全适用于各种工业3D应用场合。”

3、智能机器人：3D技术加速自动化征程

在工业应用中，3D视觉往往会和机器人联合形成解决方案，主要聚焦机器人视觉引导与检测两种。视觉引导是指通过3D视觉对工件进行定位和识别，引导机器人进行抓取，用于无序分拣与堆码，上下料，焊接等。视觉检测则是将摄像头、激光扫描器等安装在机器人末端，对工件进行轮廓检测、表面缺陷检测、三维重建等。

根据方舟投资预计，到2025年，每台工业机器人的成本将低于11,000美元，2025年机器人销量将增至340万台。工业机器人市场将在未来几十年里达到更多的临界点，其表现将超出预期。

智能机器人在工业4.0中正发挥着越来越重要的作用。而3D视觉技术正在助力智能机器人加速这个进程。

在这个加速的进程中，艾迈斯欧司朗不仅能为智能机器人提供精准且紧凑的飞行时间距离测量传感器、3D成像传感器（路径扫描传感器、人脸识别、物体避让），更能为其提供更加广泛的传感器和照明解决方案，例如括、LIDAR系统、和位置传感器（电机驱动和联合位置传感）等。

通常，典型的机器人3D视觉引导系统由三部分构成：软件、3D相机、计算机。用场景描绘智能机器人的工作，就是3D相机获取待分拣工件/堆垛的3D点云信息，传送到计算机上的软件，进行分割和识别，获取要抓取物品空间位置信息，规划机械臂运动路径，引导机械臂完成抓取。

可以说，智能机器人正在重新定义自动化。

4、X-ray，不止和医疗有关

X射线扫描，很多人一听到这个词就会联系到医学检查。但实际上，X射线扫描机器也广泛应用于机场扫描行李、生产食品和药品的工厂生产线，以及对发动机元器件进行非破坏性质量控制，这都在为人们提供安全保障的行业中发挥着至关重要的作用。

艾迈斯欧司朗提供各种安检机和工业CT机应用传感解决方案，包含整体的芯片和模组，分立和集成方案兼具。

“事实上，在医疗CT这块，目前国内的顶级医疗或者CT客户都已和艾迈斯欧司朗达成合作，因此，我们也会把这部分的优势外延到工业领域，对应开发出系列产品，例如分立的ADC接口方案，配合PD，客户就能得到一个完整的模组，实现从X-ray的转化到数据的读出。”