大颠覆者:索尼图像传感器推动计算机视觉日益繁荣

在图像传感器质量方面,索尼独树一帜,遥遥领先;在价格方面,索尼图像传感器也是其最接近竞争对手三星的2倍。

  1990年,埃里克·福森(Eric Fossum)并没意识到他正在开启一场颠覆性的革命。

  90年代初期,美国宇航局每隔一个月都会向轨道发射火箭,而为了拍摄外层空间的图像,每个航天器都配备了摄像头。

  但问题来了,这些摄像机太庞大了——大约和双门冰箱一样大。这是因为虽然航天器上使用的摄像机与数码摄像机相似,但必须更坚固,需要大量的沉重接线才能工作。

  为此,美国国家航空航天局直接从耶鲁大学聘请了着名的工程师埃里克·福森(Eric Fossum),并指命他实现摄像机小型化。在接下来短短两年内,福森创造了“单芯片相机”——这是一种新型的图像传感器,体积更小,功耗降低了100倍。

  图像传感器是微小的计算机芯片,从本质上使照相机具有“双眼”。他们处理来自外界的光并将其转换为1和0,从而使相机可以渲染图像。福森的“单芯片相机”帮助NASA大幅缩减了相机的尺寸。 但更重要的是,他的发明为后来的数码相机和照相手机打下了基础。

  爆发:每个摄像头背后都有一个图像传感器

  智能手机的兴起为图像传感器行业带来了福音。

  在智能拍照手机出现之前,图像传感器主要用于数码相机,在有史以来最好的一年——2010年,相机的销量曾达到1.21亿台的历史峰值。

  但是去年,全球有14亿部智能手机出货。如今,全球有超过50亿人拥有智能手机……  其中大多数人内部至少装有一个图像传感器。

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  智能手机内部的传感器

  显然,相比于数码相机,智能手机的量大得多。

  2010年,图像传感器的总销售额低于20亿美元/年。但仅2020年智能手机制造商的传感器销售额就将达到  80亿美元  。

  图像传感器市场将再次爆发。因为现在传感器不仅应用在摄像机内部,还应用在汽车,安全摄像机,医疗设备,无人机,杂货店和工厂等场景中。实际上,如您所见,图像传感器几乎已成为当今的一切:

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  资料来源:索尼

  随着新的增长浪潮,到2024年,图像传感器的销售额有望达到290亿美元/年。

  图像传感器助力计算机掌握视觉

  对于计算机而言,掌握视觉不是件简单的事情。

  虽然图像传感器使照相机具有“眼睛”,这些微小的芯片使机器可以将他们在现实世界中看到的图像转换为数字照片。但是必须要认清的一个残酷事实是:拥有一双眼睛并不等同于能够“看到”。

  比如在2012年时,即使是当时世界上最好的图像识别计算机,其在识别图像方面的表现仍然很可笑。

  在2012年9月30日举行的ImageNet大规模视觉识别挑战赛中,由亚历克斯?克里泽夫斯基(Alex Krizhevsky)设计的AlexNet(这其实是一个卷积神经网络)以最低的15.3%的Top-5错误率夺得这场比赛冠军,它还比第二名低10.8个百分点。AlexNet在训练过程中使用了图形处理器(GPU),其计算成本很高。

  尽管与现在的图像识别相比,AlexNet的错误率太高了,但是,AlexNet标志着有史以来第一次机器可以比人类更好地识别物体。这是一项了不起的历史性的技术突破——真正意义上的计算机视觉。

  有了计算机视觉,图像传感器变得比以往任何时候都更加重要,它将每个相机镜头变成一对可以理解所见事物的眼睛,不再仅仅是拍照的相机。

  计算机视觉是让机器“看到”的眼球。图像成为计算机的全新输入,例如数字或文本,而相对应的我们的相机成了新的键盘。由此,我们可以搜索和分析每张图像和YouTube视频。

  计算机视觉和图像传感器的强大结合为机器带来了新的超能力。 图像传感器几乎将很快出现在世界上的每台计算机中,就像几乎每台机器都已连接到Internet一样。

  随着计算机视觉对图像传感器的需求猛增,带来了巨大的市场机遇……

  颠覆者——索尼

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  索尼联合创始人木原信俊(Nobutoshi Kihara)想在他的洲际飞机长途旅行中听贝多芬的交响曲,但同时又不想拖着一个巨大的录音机。因此,在1978年,他把自己的想法告诉了索尼工程师以制造了该想法原型,这便是后来历史上最成功的产品之一——Sony Walkman.1979年,Walkman的零售价为每张200美元,相当于今天的700美元。

  实际上,几十年来,索尼都是制作我们都想要的东西的王者,它是风靡全球的产品Sony PlayStation和索尼CD播放器,彩色电视,高清便携式摄录机,软盘,晶体管收音机和磁带录音机背后的策划者。

  90年代,是索尼主导电视,视频游戏和便携式音乐播放器的时代,其间股价飙升了500%。但是后来索尼用尽了新的构想(例如蓝光DVD),也无法阻拦苹果的iPod取代 Walkman的局面。它的股票也在2000年开始长期低迷,并在接下来的13年里,其股价下跌了92%。

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  资料来源:RISKHEDGE

  不过,在沉迷于阴影的二十年后,索尼正在重塑自己……图像传感器正是索尼复兴为全球主导的颠覆者的原动力。

  索尼数十年来一直在制造传感器。它的第一个产品是1980年安装在全日空(All Nippon Airways)大型喷气式客机上的“电子眼”,用于投射从驾驶舱降落和起飞的图像。但多年来,图像传感器在索尼的业务中只占很小的一部分,这是一个舍入误差,不受重视。实际上,他们迷上了“其他设备”,其中包括电池和录音机。

  然而,投入与收益不一定成正比。索尼很幸运通过图像传感器这把“小刀”砍到了大树。

  近三年来传感器销售的增长令人瞩目。今年,索尼将从影像业务中获得的利润将超过其任何其他业务部门。传感器有望实现19.2亿美元的利润,比索尼悠久的游戏部门高出10%。

  索尼绝对占据着图像传感器行业的主导地位,占全球销售额的50%以上。

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  资料来源:TECHNO系统研究

  索尼影像业务负责人不久前还表示:“ 我们不得不向客户道歉,因为我们做得不够。” 目前,其工厂每天24小时运转,以满足客户需求。同时,它正向新工厂注资60亿美元,以提高产量。

  智能手机公司之间的相机大战对索尼来说是一个福音。索尼控制着70%以上的智能手机传感器市场。

  自2010年以来,索尼一直是每台iPhone的独家图像传感器制造商。以前iPhone 4拥有一个5百万像素的摄像头,而最新的iPhone配备了三个12百万像素相机。高分辨率的相机需要越来越大的图像传感器,而最好的图像传感器供应者非索尼莫属。因此,随着相机的不断改进,索尼传感器的销量将不断飙升。

  在图像传感器质量方面,索尼独树一帜,遥遥领先;在价格方面,索尼图像传感器也是其最接近竞争对手三星的2倍。

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  资料来源:RISKHEDGE

  现在,索尼正在开发一种新型传感器——DepthSense传感器,以增强计算机的视觉效果,使相机能够以3D模式观看世界。

  DepthSense传感器通过发出不可见的激光脉冲并测量它们反弹回物体所需的时间来工作,还通过精确选择聚焦的位置以及模糊的背景,帮助相机拍摄更清晰的照片。

  从计算机视觉的角度来看,索尼的3D传感器将为机器提供“超人”视觉。 世界上最大的汽车制造商丰田公司已经在其自动驾驶汽车中使用了这些传感器。传感器可帮助汽车实时创建3D道路地图,从而使其能够以比现有传感器1.5倍的距离看到道路和障碍物。

  索尼的3D传感器也应用在新的Apple iPad Pro中,用于增强现实应用。它也将在新的iPhone中构造出更精确的脸部地图。

  目前,索尼的世界级影像业务正在飞速发展。且随着计算机视觉的蓬勃发展,索尼图像传感器市场将更受看好。

  作者:Stephen McBride

  来源:Forbes

  编译:枭枭,文章略有增删改。


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枭枭

集成电路设计行业资深记者,传感器专家网专栏编辑。