コンシューマー市場が3Dマシンビジョンを再定義 CISの新しいブルーオーシャン現る

マシンビジョンとは、人間の眼の代わりに機械を使用して画像認識及び判断を行うことである。1980年代には世界中でマシンビジョン研究が急増し、それに対応したいくつかのアプリケーションシステムが登場した。その後数十年に渉る研究開発を経て、マシンビジョンは産業界で幅広く使用されてきている。私たちがマシンビジョンについて語るとき、最初に挙がるものは、産業オートメーションに関連するアプリケーションである。IT化とデジタル化の発展に伴い、マシンビジョンを活用するアプリケーションは拡張されてきた。更に多くのコンシューマー製品が、マシンビジョンの適用を必要としておりマシンビジョン技術にとっての有望な市場となっている。

3Dマシンビジョンの市場規模は?

2010年頃、Microsoft、ASUS、Intel、Google、Appleなどの企業がマシンビジョンをコンシューマー市場に適用しようとした。

ドローン/ロボット掃除機/インテリジェント翻訳ペン/顔認証(決済)システム

それらの新しいアプリケーションは、その後巨大な市場規模へと成長することになる。この市場動向は、また3Dマシンビジョンを考える契機にもなった。技術的にはチップの計算能力とコスト、実装スキーム、人工知能技術などが、コンシューマー市場へのマシンビジョンの適用に影響を与える主な要因となっている。一方でコンシューマー市場では供給数量、価格、技術の完成度に対する高い要求があるため、3Dマシンビジョンアプリケーションの開花は、カメラ技術、チップ技術、その他のサプライチェーンリンクが成熟するまで到来しなかった。しかしながら、過去数年の開発を経て、関連チップのパフォーマンスは大幅に向上すると共に、人工知能技術は益々私たちの生活に深く浸透しており、これらのことは3Dマシンビジョンアプリケーションの到来が間もないことを示している。

CISは3Dマシンビジョン市場への鍵

3Dマシンビジョンによるイメージングアプリケーションは、ToFがスマートフォンに採用されたことから、近年勢いを増している。しかし、モバイル以外のコンシューマー向けアプリケーションでは、それほど適用は拡がっていない。例えば掃除ロボットでは、部屋の中の狭いスペースからの反射が多すぎるため、ToFでは障害物を効果的かつ正確に判断することは難しい。更にToFでは非常に広い空間や遠距離の障害物の空間認識は難しくなる。また、ToFはコストが高いため、多くの3Dマシンビジョンアプリケーション機器への搭載は現実的ではなく、一部のメーカーは、障害物回避システムとしてデュアルカメラスキームを選択している。またコストを削減するために、VSLAMをナビゲーションとして使用しToFスキームと結合して障害物回避システムを作成しているメーカーもあり、CMOSイメージセンサは3Dマシンビジョン市場の主要技術のひとつとなってきた。

3DマシンビジョンにはどのようなCISが必要?

イメージセンサ技術開発の歴史の中で、センサ技術はCCDからCMOSへ移行してきた。CMOSイメージセンサの時代に入った後、裏面照射型CMOSは徐々に従来の(前面照射型)CMOSに取って代わり、市場の主流となってきている。更にスタック型CMOSイメージセンサが市場に参入し始めている。

スタック型CMOSイメージセンサの登場により、マシンビジョンがコンシューマー電子市場で実用化されやすくなってきた。スタックCISのプロセスは、2~3枚のウェーハをスタックすることにより、イメージセンサのパフォーマンスを向上させ、更にインテリジェントアルゴリズムを追加する。その際にセンサのチップサイズが大きくなることはないため、スマートフォンや小型のインテリジェントイメージングデバイスなどのアプリケーション端末とのマッチングは良好となる。

同時に、SmartSens Technologyなどのメーカーは、BSIピクセル設計とグローバルシャッターを巧妙に組み合わせているため、イメージセンサの同時露光により、歪みのない動体画像をキャプチャできる。またBSI技術は、高S/N、高感度及び高ダイナミックレンジのイメージング性能を提供できる。これらは、マシンビジョンの分野にとって非常に重要な特性となる。このようなグローバルシャッターイメージセンサは、インテリジェントコードリーダー機器、ドローン、インテリジェントモジュール(Gesture Recognition/ vSLAM/ Depth Information/ Optical Flow)など、多くの画像認識AIアプリケーション分野で利用することが可能で有り、幅広いポテンシャルを持つ。

しかしながら、市場状況からはグローバルシャッター機能と裏面照射型ピクセル構造を統合したイメージセンサ、特に3Dマシンビジョン市場向けに開発されたセンサはほとんど存在しない。一部のメーカーは、裏面照射型グローバルシャッターのイメージセンサを産業分野に位置付けている。

この3Dマシンビジョン市場の要求に応えるため、SmartSens Technologyは、裏面照射型グローバルシャッター技術をベースとした第2世代SmartGS® Technology技術の開発を進めてきた。SmartSens Technology公式ウェブサイトによると、この技術はピクセルサイズを拡大させることで感度と暗時特性を最大30%向上させる。一方、パラレル電圧ドメイン技術を採用することにより、最大シャッター速度が大幅に向上し、高速移動物体の画像を鮮明にキャプチャすることが可能となる。新規コンデンサ技術を採用し、第2世代SmartGS® Technology技術では読み取りノイズを半分以下に低減。同時に、ゾーンHDRテクノロジーも備えており、特定位置のダイナミックレンジを大幅に改善、夜間での信号画像の露出オーバーなどの問題も解決可能となる。

3Dマシンビジョン分野での優位性を維持するために、SmartSens Technologyは第3世代SmartGS® Technology技術の開発にも取り組んでいる。報道によると、第3世代の技術は前世代よりも大きな進歩を遂げ、今年、本技術を適用した製品が登場することが見込まれている。

SmartSens Technology

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複数世代のSmartGS® Technology技術プラットフォームをベースとした、SmartSens TechnologyのCMOSイメージセンサは、優れたイメージングパフォーマンスとハードコアテクノロジーの特徴を生かし、3Dマシンビジョン市場の新しいスターとなった。2019年から2020年までの一年間で、SmartGS®シリーズ製品の出荷量は4倍への急成長を達成し、3Dマシンビジョン及び人工知能イメージングアプリケーションの分野での出荷量はグローバル市場で他社を凌ぐ勢いを見せている。

3Dマシンビジョン市場は、世の中では意外と知られていない分野である。コンシューマー電子製品は私たちの生活の隅々に長く存在してきたが、マシンビジョンの搭載により今後大きく変化してゆく。様々なコンシューマーアプリケーションによってもたらされるマシンビジョンのチャンスを誰が握り、誰が飛躍できるかは、私たちの注目に値するトピックである。

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