智能传感器的实现结构主要有三种:非集成化实现、混合形式、集成化实现。按照智能化的程度,分别对应:初级、中级和高级形式。MEMS传感器是指采用微机械加工和半导体工艺制造而成的新型传感器。与传统的机械传感器相比,MEMS传感器具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化等特点。从集成化的角度来说,MEMS传感器是智能传感器的未来。

二、智能图像传感器应用广泛,摄像头和激光雷达受青睐

20世纪90年代末期,随着CMOS图像传感器工艺和设计技术的进步,市场份额不断扩大,近年来市场占有率已经超过90%,取代CCD成为主流。

从下游应用领域分布来看,当前CMOS图像传感器主要应用于智能手机和平板电脑,占比下游应用70%左右。随着嵌入式数字成像技术迅速扩展,未来用于智能手机和平板电脑的CMOS的比例将会逐渐降低,汽车系统将成为CMOS图像传感器增长最快的应用。

从应用形式来看,CMOS传感器的主要应用为摄像头模组(CCD)。智能图像传感器的应用组件摄像头目前已广泛应用于各类消费电子中,如:手机、电脑、可穿戴设备等。目前手机、电脑用摄像头是摄像头模组下游应用的最广泛领域之一,未来随着ADAS系统的广泛普及和无人车的推出,车感摄像头领域将会迎来一轮爆发。

相比摄像头,激光雷达的3D成像更加精准是无人车视觉系统的首选,是目前资本市场追捧的热点。激光雷达在探测距离、探测精准度、天气适应性和夜视功能方面具有极大的优势,将会成为未来高端成像设备的主流。

与相机图像不同,激光雷达可通过测量光线的飞行时间,测量物体距离。除此之外,相机的数据源单一,不可靠,虽具有完全360°的覆盖范围,但很容易被迎面而来的光线、黄昏或阴影中看不到东西所遮挡,无法区分远处的重要场景。而且由于激光雷达成本过高,目前各种成像技术多以摄像头运用为主,但未来随激光雷达成本的降低,其在各个领域对摄像头的替代作用也将凸显。

另外,无人机也是智能图像传感器主要的应用之一。目前图像传感器主要是以相机模组的方式,搭载在无人机上,作航拍或者地图测绘等需要成像的领域。随着无人机市场的爆发,无人机用摄像头也将会迎来新增长,预计到2020年无人机用摄像头市场规模可达1亿美元。

三、智能图像传感器的技术现状及未来发展趋势

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)。