8K立體影像產業化,數位影視新體驗
活動+

物聯網刺激技術成長 打造感測器全新面貌

  • DIGITIMES企劃
奧地利微電子台灣區總經理李定翰指出,在物聯網的帶動下,感測器的技術有了前所未有的進展。DIGITIMES

感測網路是物聯網系統中的第一線架構,透過建置於感測器擷取設備數據,再將數據傳送至上層系統,若感測數據不完整或不精確,後續環節的所有運作效率將大打折扣甚至失效,因此近年來各大廠商紛紛強化感測技術的相關研發,且針對不同應用領域推出專屬產品。

奧地利微電子台灣區總經理李定翰指出,感測技術發展已有相當長的時間,過去的應用有限,因此技術發展並不快,物聯網的興起讓此技術有了截然不同的面貌,以往由於應用領域固定,系統對感測器的需求並不高,只要能正常運作就可以,不過物聯網的應用多元,感測器也就必須印應系統需求而有特別設計,以色彩感測器來說,過去僅需要分辨基本的RGB,現在部分應用則需要透過頻譜偵測功能偵測物質。

 點擊圖片放大觀看

機器視覺中的CCD影像感測器已被整合性更高的CMOS取代。DIGITIMES

物聯網帶來的影響除了感測技術本身的精進外,外部的構造也是其一,現在物聯網系統走向整合,不同感測器有可能被整合在同一封裝中,而在此設計中,不同感測器在同時運作時所產生的干擾要如何解決,這都是現在的感測器廠商在設計物聯網產品時,必須面對的考驗。

物聯網的應用都是針對特定垂直產業,如醫療、交通、製造、建築等,奧地利微電子台灣區總經理李定翰就指出,這些領域對物聯網的功能需求不同,因此系統中的零組件、模組、設備等,都會有一定程度的特殊需求;例如國土監測系統,會需要將感測器長期設置在戶外,在耗電、強固性等部分就需要有特殊設計。

若應用於智慧家庭設備,由於感測器需內建於家電設備中,小體積的設計需求就會高於功耗,整體來看,製造、醫療、電力等應用場域,對感測器的規格需求較為特殊。

製造業是物聯網發展的重點領域之一,在工業物聯網應用中,感測與RFID成為整體系統的重要技術之一,由於物聯網架構中,系統必須獲得真實世界的相關資料,才能進一步透過即時分析、彙整,利用人工智慧推導出最佳化的生產決策。

而產線終端要讓每個生產環節都能準確被追蹤、紀錄,就必須導入兼具低成本、體積小、易追蹤多重優勢的RFID無線射頻標籤技術方案,同時再搭配如機器視覺、各式動作感測元件輔助,取得每個加工工序的執行狀態。

在此同時感測器也持續進行優化與更新,用來越多整合進階嵌入式運算技術的感測器相繼推出,藉以追蹤高速產線的加工物件即時監控與記錄用途,透過嵌入式系統整合設計,也能讓感測器在體積不變條件下,提供產線更進階的感測、預先分析、與高速處理能力,同時更輕、更小、功能更強大的嵌入式系統結合多重環境感測器方案,也可大幅降低智慧物件整合物聯網網通技術的難度與成本。

感測器在智慧工廠的另一個應用重點是機器視覺,機器視覺主要應用於製程上,對解析度的要求相當高,過去所採用的影像感測器以CCD為主,不過近年來CMOS 影像感測器的解析度快速提升,已然躍居機器視覺主流,各大影像感測器廠商的CCD出貨量逐漸減少,龍頭廠商Sony已決定從2017年起逐步CCD,專注於CMOS感測器研發。

與CCD相較,CMOS的優勢在於成本低,耗電需求少,容易製造生產,早期因雜訊難以控制,只用於低價產品;近年來因新技術導入,CMOS的成像效果已逐步跟上甚至超越CCD,目前CCD在天文、低光度、動態攝影等領域仍有其優勢,不過在製程檢測,已為CMOS取代。

除了製造業外,醫療系統對感測器的需求也與一般應用大不相同,感測技術在醫療的應用主要用來偵測患者的生理訊號,生理訊號主要分成幾種,包含屬於生理電訊號、生理化學訊號、生理機械訊號、生理抗阻訊號、生理磁訊號、生理光訊號、生理聲訊號等,在醫療系統中又以生理電訊號的使用最為廣泛。

目前感測技術在醫療領域的做法可分為兩種,一種是透過同一感測原理偵測多樣生理指標,另一種則是透過多種感測方式偵測同一生理指標,舉例來說,光體積變化描記圖法是一種光學感測原理,利用LED感測器可獲取人的心跳、脈搏、血氧含量等,然而心跳的感測卻不只光學感測一種,還能透過電極電位的改變,記錄心臟跳動,再換算成心跳率,近年來感測技術不斷創新與提升,讓生理指標擷取變得更容易,感測技術所提供的精確生理數據,再加上未來AI的智慧化運算與分析能力,將加速醫療智慧化願景的落實。

除了上述兩個領域外,3D感測技術也被看好將應用於各種領域,目前3D感測主要是應用於臉部辨識,取代過去的指紋辨識解鎖與手機的行動支付,而隨著技術的成熟,其應用越來越多元,除了手機外,長距離的戶外攝影機、短距的VR眼鏡、低光源如車內的人臉辨識等,都是深具潛力的發展領域。

目前3D感測有兩種技術,包括結構光與TOF(Time of Flight),而VCSEL是這兩這兩者技術中的核心光源,高功率VCSEL雷射器可應用於3D深度感測的數據擷取,物聯網也會是其一。

3D感測從環境的深淺位置判斷出物體形狀與距離,因此未來將被應用於車用領域,現在ADAS系統的FDW(前部碰撞預警)功能是用雷達或光達偵測車體前方物體遠近,未來的導入3D感測後,就可將外界物體形狀資訊提供給車內運算單元,判斷物體種類後再決定車體動作,以此達到智慧化功能。

就目前產業發展看,物聯網帶動的感測技術變革仍在進行中,李定翰表示,由於物聯網建構目標是整體系統所產生的價值,而非像消費性領域是以單一產品的價格為考量,在此態勢下,現在感測器市場也從過去的價格競爭轉變為品質競爭,雖然這也對廠商帶來另一種壓力,不過他認為這種透過技術的精進提升系統效能,進而創造出更高價值的做法,對整體產業來說會是更好的方向。