作者 | 吳優
編輯 | 李帥飛
智慧手機間的競爭已經變成了拍攝能力的競爭。
主要體現在兩個方面，一是攝像頭數量疊加，手機廠商自研影像處理晶片，甚至同傳統鏡頭廠商合作；二是CMOS 影像感測器（CIS）的市場增長，據 Yole Développement 報告顯示，2020 年 CIS 應用領域手機佔比高到 68%。
CMOS 影像感測器相當於機器的眼睛，將光訊號轉變為數字訊號，供機器“觀看”，是實現手機拍照功能的關鍵元器件，效能好壞直接影響攝影質量，其成本佔據整個攝像頭模組的 52%，同時也被廣泛應用在安防、工業、汽車等領域。
正因如此，在半導體領域，CIS 被視為細分領域的一塊大蛋糕。據 Yole Développement 報告預測，到 2026 年，CIS 市場規模將達到 315 億美元（約 2040.22 億元人民幣）。
儘管市場很大，但長期以來傳統感測器市場基本被三星、索尼和豪威三家分食，初創企業難有機會衝破桎梏進入市場。不過難有機會不等於沒有機會，視覺晶片技術仍在演進，機器視覺仍有難題未解。
近日，國內新銳企業銳思智芯釋出了一款仿生視覺感測器晶片——ALPIX -Pilatus晶片(簡稱ALPIX-P)，這一款晶片不僅與三星、索尼站在同一起跑線上，憑藉其核心技術優勢，未來很有可能打破三星、索尼等大廠在視覺感測領域的銅牆鐵壁，為行業帶來更多選擇。
銳思智芯 ALPIX -Pilatus 融合仿生視覺感測器晶片
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CIS 之後，巨頭入局事件相機
一個月前，索尼半導體釋出了兩款全新的視覺感測器晶片，與傳統 CIS 不同，這兩款感測器晶片被稱之為堆疊式事件監測視覺感測器（EVS, Event-based Vision Sensor）。後者仿照人眼視網膜的工作原理，每個畫素都相當於一個視網膜細胞，獨立工作，且只對變化敏感，也被稱之為事件相機。
不僅僅是索尼，三星也開發了系列晶片，入局事件相機行業。
回顧影像感測器的發展，最初是以高畫素、高製造難度的 CCD 器件為主流，日本公司扛大旗，直到 1995 年，幾位華人留學生在矽谷創辦了豪威，將傳統的 CMOS 工藝用在影像感測器中，取代 CCD，就此打破日企壟斷格局。
CMOS 最終得以取代 CCD 的原因眾多，一方面 CMOS 雖然成像質量較 CCD 差，但功耗和成本降低，適合消費電子市場，另一方面，豪威切入蘋果供應鏈，加速了 CMOS 對 CCD 的替代。
據市場調研機構 Strategy Analytics報告顯示，豪威、索尼、三星在視覺感測器的市場佔有率達80%以上。CMOS 技術保持感測器市場主旋律的同時,規模也在不斷增長。
既然 CMOS 火爆至今，那麼視覺感測器巨頭們為何還要切入事件相機呢？
原因有二，一是 AI 與 CIS 整合是未來趨勢，二是傳統 CMOS 只適用於拍攝人眼觀看靜態圖片，在機器視覺方面，則依然面臨眾多痛點。
銳思智芯創始人兼 CEO 鄧堅告訴雷鋒網，傳統機器視覺面臨四大痛點：運動捕捉差、資料冗餘大、功耗高、環境適應力差。
這主要是因為 CIS 本身的工作原理造成的。CIS 主要是對光電流進行時間上的積分來實現曝光，而從曝光到數模轉化再到資料的傳輸耗時長，時間越長意味著能耗越高，同時影像的幀率也會降低。幀與幀之間的間隔時間長造成資訊缺失，從而增加了機器對影像的判斷難度。
同時，CIS 輸出的是 8-12 bit 資訊，資料傳輸量大、能耗高，讀取慢，儲存空間需求大且處理影像耗能高。
“CIS 也嘗試解決這些痛點問題，但基於其透過快門控制所有畫素在同一時間內進行積分曝光的工作原理，其幀率、資料量和動態範圍三個引數難以平衡。”鄧堅解釋道。例如在高動態範圍的拍攝中，常常使用多重曝光演算法，即融合多個不同曝光時間的幀影像而成高動態範圍的影像，必然導致幀率下降，更多的資料運算和更大的系統延時，在要求短響應時間和捕捉快速變化的場景中無法適用。
仿生視覺感測器與傳統CIS感測器引數對比
基於不同的工作原理，事件相機則能過打破 CIS 在機器視覺上的限制。鄧堅表示，事件相機模仿人眼的工作原理，每個畫素都像神經細胞一樣獨立工作，獨立連續地感知光的變化，並將光的變化轉換為數字脈衝訊號，若光強無變化則不輸出。
“總結起來，事件相機具有速度快、資料量少、功耗低和動態範圍大的特點，與當下機器視覺面臨的痛點一一對應。”鄧堅說道。
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國內唯一事件相機獨立創企，
核心技術領先索尼、三星
正是因為事件相機能夠解決傳統 CIS 無法解決的難題，三星、索尼等視覺感測器大廠紛紛入局仿人眼視網膜的機器視覺感測器。
據鄧堅介紹，由於仿生視覺技術起源於瑞士，目前主要的技術團隊主要集中在國外，包括法國的 Prophesee、瑞士的 insightness 和 inivation，其中瑞士的兩家公司已經分別被索尼和三星收購，國內除了銳思智芯外，上海芯侖光電也涉足仿生視覺技術，不過目前芯侖光電已經被韋爾股份收購。
“在事件相機領域，銳思智芯是目前國內唯一一家獨立的創企。”鄧堅說道。
雖然是在國內創業，但與其他幾個事件相機公司類似，銳思智芯核心團隊來自瑞士，核心成員曾從事過各類高階感測器研發，如高階影像感測器、ToF、X ray、神經元訊號探測晶片等。銳思智芯成立至今不到3年時間，不過其核心團隊最早於 2014 年參加瑞士國家基金會專案，設計一款植入盲人眼球的仿視網膜晶片，就已經進入仿生視覺領域。
融資方面，今年初，銳思智芯完成近億元 Per-A 輪融資，由海康威視和耀途資本聯合領投，訊飛創投、舜宇中央研究院、全志科技、追遠創投、同創偉業跟投，老股東聯想創投、中科創星繼續加註。
值得一提的是，銳思智芯擁有獨有的核心技術，從一開始就同索尼、三星等形成差異化格局。
“為何發展了 6 年多的事件相機，至今依然活躍在工業測振領域，而在消費電子領域不見其身影？”鄧堅說：“市面上現有的事件相機技術理念和方式還是基於二十年前的技術，導致最終設計製造的晶片功能受限，適用範圍並不廣泛。”
事實上，在真實拍攝場景中，機器視覺既需要事件訊號做快速的預判，也需要影像訊號做精細的判斷或重建，因此既需要事件相機捕捉動態資訊，也需要傳統 CIS 呈現細節豐富的靜態資訊。
“現有的事件相機，由於其底層設計還是沿用比較傳統的方式，存在一些問題，難以相容輸出影像訊號，並且畫素尺寸大，噪聲大。”鄧堅說。
正因如此，銳思智芯將仿生事件相機功能和 CIS 功能在畫素層面融合，用一顆攝像頭代替兩顆攝像頭，同一個畫素中放置兩套電路，一套用於生成事件訊號，一套用於輸出影像訊號。這一技術，被銳思智芯命名為 Hybrid Vision 融合式仿生視覺技術。
Hybrid Vision 融合式仿生視覺技術原理
不過由於一個畫素內電路數量是傳統 CIS 的十倍，設計難度也大大增加，同時也可能導致設計出的晶片像素面積大。
為解決這一問題，銳思智芯採用先進的 3D 堆疊工藝，將畫素感光部分和影像訊號輸出電路放置上層晶圓，事件訊號輸出電路放置下層晶圓，然後透過銅互連技術將上下層晶圓的電路在每個畫素上對應連線，既能大幅度減小畫素尺寸，又能隔離不同電路之間的訊號串擾，降低噪聲。
3
進軍消費電子，預計明年年中出貨
基於獨有的核心技術，銳思智芯設計出 ALPIX 系列晶片產品，目前ALPIX-P正式釋出。
據銳思智芯介紹，最新公佈的 ALPIX-P，可以在傳統影像感測器模式和仿生事件相機模式間快速切換。在影像模式下，ALPIX-P是一款最高幀率為120幀的全域性曝光感測器，與現有的傳統影像感測器完全一致，與現有成熟的視覺系統完全相容。在仿生事件相機模式下，ALPIX-P具有超高幀率，高有效資訊佔比，大動態範圍的特點。預計到明年，將在VIoT領域落地。
不過低功耗的 IoT 領域並不是銳思智芯的全部市場目標，其計劃於今年年底釋出的 ALPIX-Eiger，就適用於超高畫質拍攝的小型相機裝置，如手機、安防攝像頭等。銳思智芯稱，該款晶片將進一步縮小畫素尺寸，提升解析度。
“事實上，現階段我們想的不是如何去顛覆視覺感測器行業，只是想盡量滿足市場需求空白，作為初創公司，我們會腳踏實地，早期先聚焦於 VIoT 領域，未來將擴充套件至汽車和消費電子領域。”鄧堅說道。
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