大多數(shù)人每天都正在使用電腦視覺。舉個例子來說，一個是智慧型手機(jī)上的臉部辨識。如果消費(fèi)者手機(jī)上有這一項(xiàng)功能，平時也可以用於解鎖螢?zāi)换蚴请娮又Ц叮@表示你正在使用電腦視覺。另一例子，是當(dāng)平時去超市或者超商付款時，收銀員會掃描所購買的產(chǎn)品條碼，這類日常生活情境都會用到電腦視覺。

電腦視覺與光學(xué)感測

全域快門一次可以拍攝整幅影像，而且拍攝時間非常短，成像效果非常準(zhǔn)確，因此完全可以用於電腦視覺領(lǐng)域。

意法半導(dǎo)體亞太區(qū)影像事業(yè)部技術(shù)行銷經(jīng)理林國志指出，電腦視覺是人工智慧的一個分支，能夠讓電腦和系統(tǒng)從數(shù)位影像、視訊和其它的視覺所輸入的資料中，提取出有意義的資訊，並根據(jù)這些資訊採取行動或提出分析建議。

在臉部辨識應(yīng)用中，具有意義的資訊就是臉，系統(tǒng)會對臉進(jìn)行影像採集，然後進(jìn)行資訊處理，得出的結(jié)果就是驗(yàn)證使用者身份，接著解鎖手機(jī)。在一般的情況下，電腦視覺都會產(chǎn)生資訊輸入和輸出，就以條碼掃描機(jī)來說，掃描條碼即是資訊輸入，透過鏡頭採集條碼的影像，並由系統(tǒng)讀取，最後加以辨識產(chǎn)品和價格。

一般來說，光學(xué)影像感測器分為兩種主要的架構(gòu)。除了全域式快門之外，還有捲簾式快門，總共分為這兩種鏡頭架構(gòu)。捲簾快門的設(shè)計目的，是為了捕捉靜態(tài)影像和視訊拍攝，因此需要非常高的解析度和色彩處理能力。目前大多數(shù)鏡頭都屬於捲簾快門，例如智慧型手機(jī)的主鏡頭、自拍鏡頭、建築中的監(jiān)控鏡頭，甚至數(shù)位相機(jī)等，都是採用捲簾快門技術(shù)。因?yàn)檫@些應(yīng)用情境都需要捕捉彩色影像，因此需要相當(dāng)高的解析度。

唯一的問題在於，採用捲簾快門的電腦視覺技術(shù)，都是逐行拍攝影像。照片採用捲簾快門逐行拍攝的話，整個影像只有一幀。如果拍攝物件是車輛這樣的快速移動物體，影像可能會扭曲，無法顯示拍攝物件原本的樣子。如果影像扭曲就無法顯示物體的真實(shí)狀態(tài)，也就不能用於電腦視覺，無法判斷影像中的是不是另一輛車。因此，捲簾快門沒有被應(yīng)用於電腦視覺技術(shù)中。然而，全域快門的原理完全不同，一次可以拍攝整幅影像，而且拍攝時間非常短。只要被拍攝的物件不是快速移動的物體，成像效果就會非常準(zhǔn)確，因此完全可以用於電腦視覺。

電腦視覺應(yīng)用情境

圖一 : 全域快門感測器的適用情境（source：st.com）

電腦視覺的應(yīng)用都會使用到全域快門感測技術(shù)。實(shí)際上，電腦視覺的應(yīng)用情境無處不在，可以將其歸為四大類。第一類叫做深度感測，這項(xiàng)應(yīng)用時間比較久。透過使用兩個全域快門感測器搭建一組立體視覺系統(tǒng)，或者是使用一個全域快門感測器搭建結(jié)構(gòu)光鏡頭系統(tǒng)。通常深度感測可以用於臉部辨識和3D掃描這類的應(yīng)用情境。

第二類叫做生物辨識，這項(xiàng)應(yīng)用可以採集人體各個部位的資訊，並將其用於身份辨識。人臉資訊可以用於臉部辨識或者2D智慧解鎖，體形資訊可以用於人的存在偵測，除此之外還有手勢偵測、掌紋辨識、虹膜辨識等。這些人體資訊都是獨(dú)一無二的，包括人臉、掌紋和虹膜等，皆可用於身份辨識。另外還有駕駛與車室內(nèi)監(jiān)視，採集司機(jī)與乘客的行為資訊進(jìn)行分析，產(chǎn)生的結(jié)果就是系統(tǒng)發(fā)出的各類警示。

第三類就是擴(kuò)增實(shí)境（VR）、虛擬實(shí)境（AR）和混合現(xiàn)實(shí)（MR），這類應(yīng)用涉及了元宇宙的概念。當(dāng)戴上VR頭部顯示裝置之後，使用者看不見周圍環(huán)境，只能依靠光學(xué)感測器才能知道環(huán)境的變化。通常VR頭戴式顯示裝置在內(nèi)部和外部分別有一個鏡頭，內(nèi)建鏡頭用於眼球追蹤，並透過兩個全域快門感測器進(jìn)行眼球觀測，因?yàn)樵趯?shí)際應(yīng)用情境中需要感知你的眼睛看哪個方向，透過眼球追蹤得到的資訊將提供不同的反饋。外置鏡頭則用於外部環(huán)境的追蹤，主要感知外部環(huán)境而非使用者眼球的變化。

這裡有兩類重要的應(yīng)用情境。一類叫做6DoF，針對的是頭部行為。當(dāng)使用者戴上VR頭戴式顯示裝置後，就會獲得6D感知能力。頭部可以做出左右、上下、前後六個角度的動作，因此被稱為「6DoF」（六個自由度追蹤）。另一類稱為「SLAM」（同步定位與地圖構(gòu)建），例如使用者需要掌握所處房間的狀況，牆壁在哪裡、沙發(fā)在哪裡、自己所處在哪個位置，戴上VR頭戴式顯示裝置走動的時候，如何避免撞牆等。因此在使用AR／VR裝置的過程中，手勢偵測、掌紋辨識、臉部與情緒追蹤等功能是非常重要的。

除此之外，使用VR/AR裝置還可以進(jìn)行生物辨識，例如手勢偵測或者手勢追蹤。通常在這種情境下，裝置可以透過使用者一個手勢來辨識這是哪種行為目的。例如使用者進(jìn)行一場演講，透過一個手勢就可以自動翻到下一頁簡報或者翻回到首頁，又或是透過手勢告知助理按一下或按兩下滑鼠。這些應(yīng)用都是透過手勢偵測來加以實(shí)現(xiàn)，裝置無需揣測使用者想表達(dá)的資訊，只需追蹤手勢即可。

最後一類應(yīng)用是機(jī)器人與工業(yè)控制。例如無人機(jī)和掃地機(jī)器人在使用過程中需要避免相撞，所以要有物體偵測和情境分析能力，而這些都需要使用全域快門感測器。此外，前文所提到的條碼辨識，也屬於工業(yè)控制中的電腦視覺應(yīng)用一環(huán)。

圖二 : 全域快門與捲簾快門的技術(shù)差異（source：st.com）

車內(nèi)感測器

至於汽車領(lǐng)域的應(yīng)用，車內(nèi)感測器主要包括四大類：包括車內(nèi)鏡頭，ADAS鏡頭、觀測鏡頭和售後鏡頭等，主要用於行車記錄器。意法半導(dǎo)體亞太區(qū)影像事業(yè)部資深技術(shù)行銷經(jīng)理張程怡表示，2021年底車內(nèi)鏡頭的市場滲透率約為10％，而到2024年就會達(dá)到50％。因此這一新興市場發(fā)展是十分迅速的，產(chǎn)業(yè)生態(tài)中的相關(guān)廠商正紛紛湧入。

車內(nèi)鏡頭並不只一種，Euro NCAP為車輛評估標(biāo)準(zhǔn)體系，曾經(jīng)對車內(nèi)監(jiān)控系統(tǒng)分為兩類：一類叫做駕駛監(jiān)控系統(tǒng)DMS，另一類叫做車內(nèi)乘客監(jiān)控系統(tǒng)CMS或者OMS。駕駛監(jiān)控系統(tǒng)的觀測物件就是司機(jī)，主要監(jiān)控司機(jī)是否注意力集中，是否有分神或是打瞌睡，因?yàn)檫@些現(xiàn)象會嚴(yán)重危及行車安全。而車內(nèi)乘客監(jiān)控系統(tǒng)則主要觀測乘客狀況，特別是兒童，因?yàn)橛行┐中牡氖褂谜呦萝囜釙⒑⒆舆z留在車內(nèi)。

駕駛監(jiān)控系統(tǒng)DMS鏡頭安裝在駕駛員面前，觀測物件主要是臉，鏡頭必須做得很大，大概50～60度，解析度約100～230萬畫素。重點(diǎn)之一在於這裡必須採用NIR鏡頭，因?yàn)椴粌H需要白天對駕駛員進(jìn)行監(jiān)控，晚上也是需要，因?yàn)楹芏嗳藭谝寡e開車。在這種漆黑的環(huán)境下，必須要有光源投射在駕駛員臉上，但肯定不能使用可見光，所以需要NIR技術(shù)。

車內(nèi)乘客監(jiān)控系統(tǒng)觀測的是車內(nèi)所有乘員，但不同之處在於，因?yàn)檫@裡需要物體探測和辨識，所以需要彩色影像，而且觀測範(fàn)圍比較寬廣，因此鏡頭視角需要更大，解析度需要更高，才能獲取觀測領(lǐng)域內(nèi)所有細(xì)部資訊。

車內(nèi)乘客監(jiān)控與駕駛監(jiān)控二合一系統(tǒng)，是將CMS、OMS和DMS結(jié)合。而車內(nèi)乘客監(jiān)控需要RGB彩色影像，駕駛監(jiān)控則需要NIR影像，因此僅需單一鏡頭就可以同時支援RGB和NIR，這些都是車內(nèi)鏡頭的設(shè)計要點(diǎn)。

結(jié)語

全域快門感測器的應(yīng)用範(fàn)疇十分廣泛，除了前文所提及的工業(yè)與車用之外，對於智慧家庭和智慧大樓也是非常適合的應(yīng)用範(fàn)疇。智慧家庭的應(yīng)用需要考慮周全，使用者不希望家裡有個鏡頭全天候監(jiān)視自己，與此同時又想要鏡頭和感測器帶來的益處，因?yàn)楹芏噍o助功能可以讓使用者的生活變得更加舒適，全域快門感測器的優(yōu)勢就是能夠?qū)崿F(xiàn)這一點(diǎn)，而透過電腦視覺開發(fā)的功能，還能透過追蹤技術(shù)來達(dá)到人機(jī)互動的目的。

至於筆電和個人電腦鏡頭，也是全域快門感測器的應(yīng)用範(fàn)疇。筆電和PC應(yīng)用全域快門技術(shù)的意義，可以進(jìn)行臉部辨識、手勢控制、眼動追蹤、舒適度監(jiān)測和隱私保護(hù)。ToF和ALS（環(huán)境光感測器）則可進(jìn)行存在偵測、電池續(xù)航、螢?zāi)涣炼茸詣诱{(diào)整和隱私保護(hù)。以目前各廠商像是意法半導(dǎo)體所提供的影像產(chǎn)品，都可涵蓋上述的所有應(yīng)用，包括全域快門產(chǎn)品、ToF、ALS等等，以及各種參考設(shè)計。