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全面解读智能图像传感器市场前景及技术趋势

2018/2/20    来源:电子工程网    作者:佚名      
关键字:智能图像  传感器  
智能图像传感器由图像传感器和视觉软件组成,能够捕捉和分析视觉信息,代替人眼做各种测量和判断的设备。

    由市场和出货量我们可以估算出2016-2020年AR/VR设备的平均售价为2380美元/台,未来随着技术的不断成熟,价格将会进一步降低。保守估算AR/VR领域用摄像头市场规模由2016年8400万美元增长至2020年的7亿美元,年均复合增速为70%。
 
    全面解读智能图像传感器市场前景及技术趋势
 
    具有微米级特征的MEMS传感器正逐步取代传统机械传感器的主导地位,预计2021年,MEMS智能传感器市场规模可达200亿美元,2016-2021年均复合增速为9%。摄像头技术应用比较成熟,激光雷达尚未实现商业量产,未来可重点关注能够降低成本的固态激光雷达的实现方式。
 
    三、智能图像传感器的技术现状及未来发展趋势
 
    1.MEMS是智能传感器的未来
 
    智能传感器的基本技术主要包括:功能集成化、人工智能材料的应用、微机械加工技术、三维集成电路、图像处理及DSP(数字信号处理)、数据融合理论(嵌入式数字成像技术),有两种设计结构,分别是:数字传感器信号处理(DSSP)和数字控制的模拟信号处理(DCASP),一般采用DSSP模式,通常至少包括两个传感器:被测量传感器(如图像传感器)和补偿传感器,传感信号经由多路调制器送到A/D转换器,然后在送到微处理器进行信号补偿和校正,测量的稳定性只能由A/D转换器的稳定性决定。
 
    全面解读智能图像传感器市场前景及技术趋势
 
    具有微米量级特征的MEMS传感器可以完成某些传统机械传感器所不能实现的功能。因此,MEMS传感器正逐步取代传统机械传感器的主导地位,在消费电子产品、汽车工业、航空航天、机械、 化工及医药等领域得到广泛的应用。
 
 全面解读智能图像传感器市场前景及技术趋势    
 
    MEMS 传感器的门类品种繁多,目前压力传感器、加速度计和陀螺仪是MEMS器件应用最广泛的器件,MEMS的市场总额为54.25亿美元,其中压力传感器、加速度计和陀螺仪合计占比约45%,随着各国对ADAS系统的重视,以及无人驾驶的爆发,未来汽车电子市场的增长将会成为驱动MEMS市场增长的主要动力。
 
    Yole Développement预测,未来MEMS(微机处理系统)智能传感器将会从2015年的115亿美元增长至2021年的200亿美元,年均复合增速为9%,在相同时期,出货量的同比增长率达13%。
 
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    2.智能图像传感器技术现状与发展趋势
 
    智能图像传感器涉及到计算机、图像处理、模式识别、人工智能、信号处理、光机电一体化等多个领域,主要分为硬件系统和软件系统两大部分。硬件系统包含了处理器、存储器和控制器,软件系统主要包括各种驱动和算法。
 
    目前较为先进的应用主要有:激光雷达、3D成像和传感技术、虹膜识别。
 
    激光雷达的成像主要涉及以下几个主要部件:激光发射器——散射片——接收器——处理器——输出显示,其中关键部件在于激光发射光系统和接收光系统。
 
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    发射光系统中的激光器的输出波长因工作物质的不同而不同,根据工作物质(气体、光纤、半导体、自由电子、液体激光器)、激励能源(光泵、电激励、化学式)以及输出的波长(红外激光器、紫外激光器和可见激光器)可以对激光器进行不同的分类,目前主流激光器主要有:固体Nd:YAG激光器、光纤激光器、半导体激光器等。
 
    用于激光雷达系统的激光器的关键技术指标在于光波可探测的距离,对于激光雷达来说,激光器发出的光波越长,可探测的距离就越长,而光波长度不仅取决于光波本身的特性还取决于激光器的功率,一般而言,功率越高光波可探测的距离越长。
 
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    激光雷达接收器的作用在于将目标反射或者散射的激光回波信号转换为相应的电信号,主要由:接收光学系统、光电探测器、前置放大器、主放大器和探测器偏压控制电路构成。就接收器使用的材料而言,主要是IV族中的Si、Ge和III-V族的GaAs、InP等材料,但硅材料以其晶体完整性、大尺寸、优良的热学性能等以及硅微电子技术的成熟性等优势,广泛应用与目前的集成电路。但具最新消息,在Luminar公司即将推出的1000台性能优越的激光雷达(40阵列、探测距离可达200米),所用激光接收器为InGaAs接收器。相比硅基的激光接收器,InGaAs接收器具有更高的敏感性,但成本更高,未来随着成本的降低,将会有越来越广泛的应用。
 
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    除了有可以接收直线光的接收器之外,还有另外一种形式接受光信号的形式,即是Oryx独家开发的“相干光雷达系统”。不像激光雷达那样通过光电传感器来侦测光线粒子,该系统根据光的“波粒二象性”,以波的形式使用纳米天线来感知反射回来的信号(光)。
 
    其原理是:用激光束照亮前方,用第二套光学仪器,将入射光导引到大量的微型整流纳米天线中。由于系统不需要机械镜面或一系列通道来引导激光、捕捉环境,只需要发出激光束来照亮前方,所以可大大降低成本。另外,系统所使用长波红外光被水吸收的比率很低,也很少受到太阳辐射的影响,所以不会在大雾或强光直射环境下失效。
 
    全面解读智能图像传感器市场前景及技术趋势
 
    激光雷达按有无机械旋转部件分类,包括机械激光雷达和固态激光雷达。根据线束数量的多少,又可分为单线束激光雷达与多线束激光雷达。而未来的发展方向将会从机械走向固态,从单线束走向多线束。
 
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    目前激光雷达迟迟没有大规模应用的原因在于组装和调试成本高,为了实现激光在水平视角的360°扫描,需要为激光雷达安装机械旋转装置,而降低激光雷达成本的根本手段便是取消机械旋转结构。方法一是:利用MEMS微振镜来控制激光的方向,把所有的机械部件集成到单个芯片,目前荷兰Innoluce公司正在着手这一技术的研发,预计2018年量产,成本不超过100美元。方法二是:完全取消机械结构,采用相控阵列的原理实现固态激光雷达。光相控阵列的原理是:采用多个光源组成阵列,通过控制各光源发射的速度和时间差,灵活合成角度,且精密可控的主光束,目前Quanergy公司的S3产品用的就是这一原理,成本可降低至250美元/台。
 
    全面解读智能图像传感器市场前景及技术趋势
 
    随着激光雷达技术的推进,微型化、低成本、高性能将会成为必然趋势,固态激光雷达也将会成为最终的激光雷达形式。全球现有的激光雷达的主要生产厂家,如下表所示:
 
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责任编辑:李欢
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