前言：

AI(人工智能)，是目前科技行業(yè)最火的話題。從Alpha Go戰(zhàn)勝圍棋世界冠軍柯潔，到德勤與Kira Systems 聯(lián)手，將AI引入會(huì)計(jì)、稅務(wù)、審計(jì)等財(cái)務(wù)工作領(lǐng)域，可以看出，AI離我們的生活越來越近了。

AI到底能做什么，每個(gè)人都有自己的看法，大家對(duì)AI有著非常多的期待，期待AI能夠解放人類雙手，提高人類的工作效率。但不管怎么樣，大家都希望AI可以讓機(jī)器像人一樣思考學(xué)習(xí)，像人一樣聽懂語音識(shí)別，像人一樣控制運(yùn)動(dòng)，像人一樣進(jìn)行視覺識(shí)別，用機(jī)器實(shí)現(xiàn)目前所有必須借助人類智慧才能實(shí)現(xiàn)的任務(wù)。

在AI技術(shù)里，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)非常關(guān)鍵。在人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型中，其結(jié)構(gòu)分為輸入層，隱藏層和輸出層。(如下圖)

而做為AI的輸入，目前主要是通過視覺輸入和語音輸入。為了讓機(jī)器像人一樣進(jìn)行視覺識(shí)別，目前最重要的器件就是Camera sensor。Camera sensor就像機(jī)器的眼睛，為機(jī)器感知周圍的世界。Camera sensor的拍照效果，跟很多參數(shù)有關(guān)，曝光時(shí)間是圖像傳感器其中一個(gè)重要的參數(shù)，而快門速度則會(huì)影響到Camera sensor的曝光時(shí)間。

那什么是快門呢?

快門主要用來控制攝像頭傳感器的有效曝光時(shí)間。一般而言快門的時(shí)間范圍越大越好。若想抓到急速移動(dòng)的物體，就需要快門速度越快越好。而若需要看到夜晚的車水馬龍，就需要快門時(shí)間越長(zhǎng)越好。

目前主要由兩種曝光Shutter技術(shù)： Rolling Shutter 和 Global Shutter

Rolling Shutter：

Rolling Shutter的sensor 的曝光是按照逐行曝光的方式實(shí)現(xiàn)。在曝光開始的時(shí)候，Sensor逐行掃描逐行進(jìn)行曝光，直至所有像素點(diǎn)都被曝光。當(dāng)然，所有的動(dòng)作在極短的時(shí)間內(nèi)完成。不同行像元的曝光時(shí)間不同。

(圖片來源于網(wǎng)絡(luò))

Global Shutter：

與RollingShutter不同，是整幅畫面同一時(shí)間曝光實(shí)現(xiàn)。攝像頭傳感器sensor的所有像素點(diǎn)同一時(shí)間感應(yīng)光線，同時(shí)曝光。Sensor讀出的是同一時(shí)間的同一畫面。

(圖片來源于網(wǎng)絡(luò))

下面有兩張圖可以介紹這兩種技術(shù)：

(圖片來源于網(wǎng)絡(luò))

左邊的圖是Rolling shutter的曝光方式，逐行掃描。而右面的圖則是Global Shutter的曝光方式，所有像素點(diǎn)一起曝光。

在拍照的時(shí)候，Rolling Shutter成像過程如下圖：

左邊，是一個(gè)常見的場(chǎng)景(上面風(fēng)扇，下面小汽車)，Rolling Shutter對(duì)它進(jìn)行逐行掃描，成像結(jié)果如右圖。面對(duì)一個(gè)運(yùn)動(dòng)中的物體，Rolling Shutter是一行一行曝光，采集畫面，所以形變非常嚴(yán)重。而Global Shutter是所有像素同時(shí)曝光，所以不會(huì)產(chǎn)生此形變。

(圖片來源于網(wǎng)絡(luò))

之所以Global Shutter 能夠做到全局曝光，跟Rolling Shutter相比，主要是Global Shutter在每一個(gè)像素上都增加了一個(gè)存儲(chǔ)單元，才使得所有的像素能夠同時(shí)曝光。

同Rolling shutter相比，Global shutter的sensor可以很好的解決以下問題：

1. 高速物體變形 (左圖是采用Global shutter技術(shù)的 SmartSens SC132GS拍攝的圖片，右圖是 Rolling shutter sensor拍攝的圖片)。

可以明顯看出用Rolling shutter sensor拍攝高速運(yùn)動(dòng)的風(fēng)扇，物體會(huì)變形。

(圖片來源于SmartSens)

2. 明暗現(xiàn)象 (左圖是采用Global shutter技術(shù)的 SC132GS拍攝的圖片，右圖是沒有采用HDR技術(shù)拍攝的圖片)

在光線有明暗變化的時(shí)候，左圖Global shutter sensor 不會(huì)有明暗瑕疵，可以做到單幀HDR。

(圖片來源于SmartSens)

成像技術(shù)不停的演進(jìn)，促進(jìn)了AI的發(fā)展。通過AI，大數(shù)據(jù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，帶動(dòng)了智慧城市的建設(shè)。智能安防，智慧交通，智慧工廠，智慧商業(yè)，智能家居，都能看到Camera的身影。一般情況下，Rolling shutter技術(shù)就足夠了，但若要捕捉高速運(yùn)動(dòng)物體，或在環(huán)境光條件不理想的情況下獲取清晰圖像的時(shí)候，使用Global Shutter技術(shù)，無疑會(huì)帶來更好的效果。

1. 智慧安防

目前來看，AI最容易落地的就是安防領(lǐng)域。通過AI技術(shù)，將監(jiān)控中的人準(zhǔn)確無誤的抓拍下來，可以最大化的實(shí)現(xiàn)監(jiān)控目的。一般情況下，安防Camera主要抓拍的都是行人，都是慢速運(yùn)動(dòng)的物體，Rolling shutter sensor就可以勝任。但若通過Global shutter sensor，則可以在高速移動(dòng)的拍攝場(chǎng)景中有效降低圖像畸變，避免了抓拍時(shí)，人物或物體運(yùn)動(dòng)帶來的斜坡晃動(dòng)現(xiàn)象，以及人臉模糊的問題，從而提供更清晰的圖像。因此在高速違章查處，卡口ETC等需要道路監(jiān)控的地方，Global Shutter比Rolling Shutter更加勝任。

2. 智慧交通

為了讓城市交通更加便利，疏導(dǎo)公共交通，智慧交通系統(tǒng)是解決交通發(fā)展瓶頸的有效手段之一。高速違章查處，卡口ETC，十字路口的道路監(jiān)控，停車場(chǎng)的智能管理，道路流量監(jiān)測(cè)，電子警察等都離不開成像技術(shù)。只有準(zhǔn)確的成像信息，才能更加準(zhǔn)確地判斷當(dāng)前的路況以及車輛的情況，才能更好地實(shí)現(xiàn)智慧交通。這個(gè)時(shí)候，Global shutter可以更好的助力智慧交通。

為了實(shí)現(xiàn)智慧交通，從汽車角度來看，新型汽車都在從ADAS輔助駕駛向自動(dòng)駕駛的方向演進(jìn)。無論是輔助駕駛還是自動(dòng)駕駛，汽車的中控芯片對(duì)sensor接收下來的圖像信息要求越來越高。中控芯片需要sensor在車輛高速運(yùn)動(dòng)中，不僅提供沒有變形的清晰圖片，還需要提供周邊物體與車輛的距離。而Global shutter sensor一方面可以避免車輛高速運(yùn)動(dòng)時(shí)，Rolling shutter sensor 拍攝變形的問題，另外一方面，結(jié)合結(jié)構(gòu)光技術(shù)(接收sensor是Global shutter的)或者雙目攝像頭(兩個(gè)攝像頭若都是Global shutter最好)技術(shù)，就可以提供更清晰的圖像，以便于中控更加精準(zhǔn)的計(jì)算出周邊物體與車體的距離，判斷當(dāng)前的路況，判斷交通燈的狀況，才能使車輛行駛更加安全。

(圖片來源于網(wǎng)絡(luò))

3. 智慧工廠

由于Global shutter sensor可以清楚的還原高速運(yùn)動(dòng)中的物體的形態(tài)，有效避免Rolling shutter sensor 擔(dān)心圖像質(zhì)量而降低自動(dòng)流水線的速度問題。所以大型工廠在檢測(cè)，質(zhì)量管控，機(jī)械臂操作，物流，測(cè)量等自動(dòng)化生產(chǎn)時(shí)，使用Global shutter可以提高生產(chǎn)效率。

4. 智慧商業(yè)

隨著支付寶，微信支付的發(fā)展，國內(nèi)二維碼支付變得非常流行。而對(duì)于店家來講，掃碼設(shè)備的需求也在增長(zhǎng)。對(duì)于掃碼設(shè)備來講，若用Global shutter sensor可以使掃碼設(shè)備的可識(shí)別區(qū)域變長(zhǎng)，使用戶擁有更優(yōu)的體驗(yàn)感。

(圖片來源于SmartSens)

5. 智能家居

家用設(shè)備若要智能化，也需要Camera的幫忙。比如，掃地機(jī)器人。掃地機(jī)器人若想將屋內(nèi)的空間測(cè)量出來或者識(shí)別前方是否有障礙物，都離不開Camera這只眼睛。同樣，Global shutter則可以幫助掃地機(jī)器人更加精準(zhǔn)的獲得距離信息，使得掃地機(jī)器人更加智能化。

雖然說Global Shutter 有很多優(yōu)勢(shì)，但是也無法完全替代Rolling Shutter。Global shutter sensor適用于拍攝高速運(yùn)動(dòng)物體，或AI應(yīng)用中基于機(jī)器視覺算法的智能感知技術(shù)(vSLAM/手勢(shì)跟蹤識(shí)別/光流等算法)，Rolling Shutter sensor則適用于拍攝運(yùn)動(dòng)速度相對(duì)較慢的物體或場(chǎng)景，可獲得更高的成像信噪比。而且由于Global shutter 需要對(duì)每個(gè)像素都要增加一個(gè)存儲(chǔ)單元，這樣增加了sensor的生產(chǎn)難度以及成本。

考慮到BSI在低照條件下的成像亮度和清晰度都比FSI有更大的優(yōu)勢(shì)，可以有效增加Global shutter sensor在應(yīng)用場(chǎng)景上的拓展，適應(yīng)性更廣，SmartSens首創(chuàng)將BSI技術(shù)和Global shutter技術(shù)相結(jié)合，發(fā)布了多款基于BSI(背照式)的Global Shutter sensor產(chǎn)品。

AI和IoT的發(fā)展，影響著人們的生活，甚至在改變?nèi)藗兊纳?。而做為AI和IoT的眼睛，Camera sensor的技術(shù)發(fā)展也間接影響著AI和IoT的發(fā)展。SmartSens的理念是服務(wù)于應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)，根據(jù)市場(chǎng)和應(yīng)用技術(shù)的需求，將看清萬物的“眼”做到極致。通過不斷完善提升CMOS成像傳感器的設(shè)計(jì)和制造能力，為AI和IoT點(diǎn)睛。