智慧影像感測技術不斷推陳出新，並大舉滲透進各式各樣的消費性電子，與AIoT的應用市場，可看到影像感測相關解決方案正如雨後春筍般冒出頭來，可望促進智慧影像感測產業更為成熟。
智慧影像感測技術應用近來發展迅速，除了過去市場所熟悉的影像感測器由智慧手機逐步延伸至汽車、工業、醫療等物聯網(IoT)應用，由蘋果(Apple)iPhone手機所掀起的Face ID 3D感測應用風潮也快速蔓延至掃地機器人、無人搬運車等熱門載具，此外以往多用在軍事、消防的高規紅外線熱像感測在技術進步下也開始進入民生應用市場，切入智慧建築、居家照護等垂直場域；此外，超音波影像感測也從過往倒車雷達、專業醫療市場開始導入生物辨識指紋鎖與可攜式超音波檢測儀等新應用產品。著眼於此，本文將就上述四大智慧影像感測技術應用趨勢進行分析，並揭示其未來CMOS在3C與AIoT應用領域的可觀市場前景。
智慧手機近來雖已進入市場高原期，然內建感測元件不論數目與技術含量皆有增無減。以高階手機為例，目前平均單支手機系統內建感測器數量已達20顆水準，且多鏡頭帶動的拍照成像品質提升、立體測距、生物辨識等應用需求驅策下，也持續刺激影像感測器及3D視覺感測器導入數量向上提升。此外紅外線感測器大廠FLIR及美國新創業者Butterfly Network近來推出的紅外線熱像手機及超音波檢測手機紛紛引起市場關注及投資風潮，也意味著相關感測技術方案在性價比出現明顯的突破，進而開始導入消費性應用市場。由圖1也可發現，即便目前高階智慧手機導入感測器數量已相當可觀，未來仍然充滿了諸多的新興感測技術導入空間，而具備智慧影像偵測特性的CMOS影像感測、3D視覺感測、紅外線熱像感測、超音波影像感測四大技術，無疑扮演著推升智慧手機應用滲透率繼續上揚的關鍵要角。著眼於此，以下將針對四大影像感測技術分析全球與台灣的市場趨勢及發展前景。
CMOS影像感測
全球CMOS影像感測器(以下簡稱CIS)受惠智慧手機多鏡頭風潮與畫素持續提升、及智慧車載先進駕駛輔助系統(ADAS)搭載鏡頭數量倍增使市場持續供不應求。手機2019年最明顯的發展，莫過於大螢幕窄邊框趨勢下帶動的屏下光學指紋辨識應用風潮，進一步衍生了諸多500萬畫素以下中低階CIS新需求，及超廣角、長焦與潛望鏡式多倍變焦帶動的新增鏡頭市場。智慧車載ADAS則除了360度環景影像應用方案持續增加外，包括電子後視鏡、行車記錄器等系統也分別透過法規驅動及後裝市場加快導入速度，加上無人機由過去的被動式立體相機(Passive Stereo Vision)逐漸延伸至主動式立體相機(Active Stereo Vision)強化昏暗環境偵測效果，及各種機器人視覺的不斷推陳出新，在在使IoT應用需求力道不斷走強，在種種市場驅動要素逐步發酵下，可望帶動產值由2018年的154億美元成長至2023年的236億美元(圖2)。
台灣CMOS影像感測器則由於原相、奇景、聯詠與晶相等國內業者，於光學滑鼠、穿戴心率量測、遊戲機人機介面、安防、汽車駕駛疲勞偵測、行車記錄器、無人機、生物醫療、工業機器人等應用市場多元布局持續開花結果，可望帶動產值由2018年的101億新台幣成長至2023年的159億新台幣(圖3)。
3D視覺感測
全球3D視覺方案近年於智慧手機持續導入結構光與飛時測距(ToF)3D感測器，結構光3D感測不僅可用於人臉辨識，近來於工業領域的逆向工程應用也逐漸受到青睞，特別是工廠無人搬運車(AGV)開始採用ToF 3D視覺或3D LiDAR取代過去磁條或色帶導引方式，以完整執行環境感知、定位、導航等功能，而如知名機器人專業廠商Universal Robots與SICK也共同合作採用3D機器視覺方案用於協作機器人創新應用，藉由機器視覺光學影像系統有效識別物件所在位置，並透過一次掃描使手臂自動夾取工件，而近來蔚為流行的3D AOI+AI，近來也在先進自動化產業力推下於瑕疵檢測等應用逐步展現效益與成果。
除此之外，3D感測也可應用於AR/VR/MR之空間定位、動作追蹤、環境建構、辨識互動，藉此建立出智慧空間以實現更細緻的虛實互動與擬真效果。此外在智慧零售與O2O流行風潮下，也帶動各種虛擬試衣、虛擬彩妝之創新應用，及自助結帳所需之身份/物件辨識，與移動3D掃描之自動化商品管理需求。而在智慧家庭建築方面，掃地機器人及各種體感復健/遊戲應用，無疑也是近來備受看好的潛力市場。著眼於此，可以預期3D視覺感測產值將由2018年的38.7億美元快速成長至2023年的216.5億美元(圖4)。
台灣3D影像感測發展由於原相、奇景、聯詠、華晶光、晶電、穩懋、全新、宏捷、立普思、正崴、精材、勝麗、同欣等影像感測器、IR/VCSEL、軟體、光學模組、封裝產業鏈業者積極投入，可望帶動產值由2018年的192.1億新台幣成長至2023年的367.9億新台幣(圖5)。
紅外線熱像感測
全球紅外線熱像感測元件應用市場，過去多偏重在軍事國防與消防領域，近來隨著技術進步與成本下降而逐漸進入民生消費市場。舉例而言，紅外線熱像感測器可大量應用於智慧家庭與家電系統的製冷製熱，如國際大廠OMRON便藉由紅外線感測器控制冰箱/生鮮食品溫度、判斷食物冰冷狀態急速加熱、偵測平底鍋底溫度自動保持設定溫度、同時偵測空調/地暖/人體溫度提供舒適暖通空間，並感知住戶靠近加熱浴缸水後自動設定溫度、維持熱度並降低能耗。
除此之外，紅外線感測器也可透過廣域環境溫度監控與居家老人活動力監控之技術特性，以同時滿足居家節能及照護需求，更重要的是，相關感測器擷取之熱像資料量不若一般RGB影像龐大，且大幅降低隱私權疑慮(只拍攝Movement不拍攝人臉/影像)，並相當適合市場力推的邊緣運算與AI解決方案。此外包括建築結構檢測、工業/基礎建設電力測溫、夜間視訊監控等，也都是紅外線感測器的重點應用市場，在上述諸多市場要素驅動下，可望帶動產值由2018年的8.2億美元快速成長至2023年的129億美元(圖6)。
台灣紅外線熱像感測元件在眾智光電、熱映光電、原相、台積電、精材、同欣電等產業鏈業者開始加重相關產品客戶與應用布局下，可望帶動產值由2018年的11.3億新台幣穩健成長至2023年的16.9億新台幣(圖7)。
超音波影像感測
全球超音波影像感測元件近來開始跨出傳統醫材與倒車雷達應用，並成功結合AI導入iPhone智慧手機。以近來極受矚目的美國超音波感測新創公司Butterfly Network開發之超音波感測單晶片為例，便整合了超音波發射器與處理器於單一晶片，透過半導體整合技術走向微小平價單晶片，同時藉由AI平台結合雲端技術將掃描圖像不斷上傳儲存訓練學習，讓設備使用愈多次愈聰明，不僅可實現居家隨身量測目標，也嘉惠了非洲等醫療資源不足地區。除了手機居家健康量測之外，超音波影像感測近來也積極搶進指紋辨識、飛時測距VR人機介面操控、汽車指紋鎖等潛力應用；展望未來，整合更多壓電材料之微機械超音波感測器，也將進一步切入光聲成像(取得真皮層血管3D影像判斷皮膚紋理毛孔用於化妝護膚)、藥物遞送(貼片)、與心律調節應用(非接觸式探頭刺激心肌細胞調整心跳)，同時也有機會導入智慧製造噪聲監測之預知保養，在各種市場驅動要素同步發酵下，可望帶動產值由2018年的21.3億美元成長至2023年的57.3億美元(圖8)。
台灣超聲波影像感測元件在業成、同致、同欣、台積電等元件設計、製造、封裝、模組產業鏈業者相繼投入布局下，可望帶動產值由2018年的49.8億新台幣成長至2023年的134.9億新台幣(圖9)。
綜上所述，可以得知上述四大智慧影像感測方案不論在技術潛力、應用前景、廠商投入皆充滿著可觀的發展空間，所謂的智慧影像不再局限於過去看得極為清楚的視覺感測，反而是因應各種垂直市場的應用需求在淺景深、廣視角、潛望鏡、多變焦進行各種多元化功能變形與創新，同時適度考量降低後處理運算量的負擔並兼顧終端用戶的隱私權考量。
再對照台灣感測器產業鏈現況(圖10)，也可發現國內業者不論在上游硬體元件設計/軟體演算/模組開發、中游MEMS/CMOS製程生產技術建構、與下游封裝/3C&AIoT應用系統環境的布建皆已初具雛型，由於未來智慧影像感測開始擺脫過去僅將畫素升級做為唯一競爭力衡量指標，而由標準化(僅注重解析度提升)逐步邁向客製化(因應不同垂直市場特性衍生多元規格功能需求)，對於國內業者反而形成一股難得的市場契機。著眼於此，建議國內產業鏈業者未來可思考強化產業中上游技術供應鏈與下游應用出海口的連結，並適度介接學研單位在感測材料、AI邊緣運算、雲端運算、感測網路等關鍵技術的發展能量，補足產業界中長期發展所面臨的不足缺口，如此穩紮穩打，拾級而上，當可在下一波3C/AIoT應用市場風潮來臨前取得競爭入場券，進而共享市場成長起飛的甜美果實。
(本文作者為工研院產經中心電子與系統研究組產業分析師)