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影像感测应用再升级
你的身体最诚实

【作者: 朱致宜】2011年04月29日 星期五

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触控技术的发展当然让人机介面步上更明显的改革,但是,毕竟仍是要让人「动手操纵」,在更新一波的人机介面革兴浪潮,如要讲求与人的「直觉」互相匹配,则势必得倒过来思索-「如何让机器了解人的起心动念?」


答案其实很简单,身体是诚实的。


我们姑且大胆地把摄影镜头看作是机器的眼睛,而处理器则是大脑、软体则是它的运转思维。目前,最新的人机介面,有了聪明的大脑与善体人意的思维,更重要的是还生了一双精准的眼睛。影像感测技术,让光学镜头不再只是拍照留念、录影存证,更重要的是,机器可以透过你的肢体动作,判断你的意念,与你进行互动。


新应用 刺激供应链整体升级

讲求与虚拟互动的游戏机产业,是影像感测在消费性电子大鸣大放的一只重要的手。 Wii是其中的先行者,采用红外线感测控制器与主机的距离,2008年出货2483万台,成功创造了新的体感游戏模式。


《图一 微软的Kinect从游戏机开始掀起影像感测风潮。(Source:微软)》
《图一 微软的Kinect从游戏机开始掀起影像感测风潮。(Source:微软)》

2010年,SONY PS3以CMOS感测影像,并以控制器MOVE前端的LED光球进行定位,定位较Wii又再精确一大步。不过微软的Kinect锋头更健,以内建红外线发射器加上CMOS影像感测器的距离侦测装置,进行动作定位,甚至可以针对3D动作进行辨识。此外,为了便于多人连线,再外加RGB的CMOS影像感测器。2010年是游戏机厂商以体感搏翻身的好年,根据资策会MIC所发布的数据,虽然完全翻新的次世代游戏机尚未问世,故游戏主机的总销售量呈现缓步下滑,但新型态的人机介面吸引了各个世代的玩家,在新旧主机用户投入购买的状态下,预估在2013年开始,无论是PS MOVE或是Kinect,感测配件的搭配率都将超过100% 。


资策会MIC产业顾问洪春晖进一步分析,表示PS3体感游戏支援最多四人同时游戏,有机会提升控制器(动作介面)对主机之搭载率。再将PS MOVE与Kinect做细部比较,由于PS MOVE可进行手部的精确定位,预期可以吸引重度核心玩家。而Kinect的畅销,主要则是吸引轻度与非游戏族群。


安全监控:智慧侦测减少人力支出

《图二 应用于台湾花博的智能监测系统。》
《图二 应用于台湾花博的智能监测系统。》

安全监控设备在这十年也掀起数位化浪潮,传统卡带现在已经几乎被硬碟储存所取代,逐步扩展至高度扩充性,高性能以及快速处理的需求。目前已经逐步走到HD高画质的等级,百万像素摄影机每秒产生的影像,比传统类比画质高6倍以上,高画质时代的来临,也让安全监控得以进一步导入影像管理/辨识技术,ICT业者也趁着IP网路监控技术兴起积极切入此领域。


新一代的IP网路摄影机,拥有较高的画素,并以较高的画素、远端处理以及网路传输的能力,从被动跨向主动,亟欲取代传统类比式CCTV摄影机。近三、四年,智慧型侦测开始受到欢迎,可以用软体自动分析前、后影像之不同进行智慧保全,减少人工监看的成本。不过,过去2D侦测的缺点是容易有误报,光影变化也会被辨识为实体物件,3D影像辨识应用在安全监控,便能藉由影像的深度判断出实际的大小与体积,四月底刚闭幕的台北花卉博览会,就是应用台湾厂商HuperLab的3D影像智慧侦测软体,透过网路摄影机计算游客人数。


目前安控市场方兴未艾,不过,安全监控产业毕竟是由传统铜轴电缆起家,老牌业者与资通讯业者并非同门同派,加上公部门采购案多有价格考量,所以IP摄影机至今尚未取得全面的市占反转;目前安控厂商如行有余力,多采取CCT、IP多方布局的策略。


扩增实境:IS Wii 2 Coming?

《图三 谣传中的Wii2接口。(Source:IGN)》
《图三 谣传中的Wii2接口。(Source:IGN)》

此外,值得一提的是在影像感测部分,扩增实境(Augmented Reality)便是搭配的新兴应用之一。以影像感测器搭配定位追踪技术以及软体处理,侦测现实环境中的物体,控制者得以和结合了实体与虚拟的影像互动。


作为体感风潮的引领者,任天堂Wii 2传言从来未曾停歇。这次看来玩真的,任天堂发布新闻稿表示明年六月确定上市,执行长岩田聪表示「将提供玩家以新颖的方法在家打电玩」。市场八卦未必属实、但也不一定纯属臆测。传言中,开发代号为「Project Cafe」的Wii 2,控制器将搭载两组摄影镜头,可将现实环境和游戏结合,也就是扩增实境的应用;此外,控制器中间的6吋大萤幕可直接操纵游戏,使用者则是以触控萤幕的方式来将指令传至主机、并与大萤幕同步。这些八卦是否成真,等着看任天堂在即将到来的E3电玩展中释出更多的细节了!


除了传言甚嚣尘上的任天堂Wii 2,早在iPhone等智慧型手机上,就能透过App Market尝试此类的游戏娱乐应用。而在导航、工业、教学、医疗与展售,扩增实境都有发挥的空间,如在商场中导入数位电子看板,利用扩增实境功能进行衣物饰品的试穿,就是重要应用。


数位电子看板:辨别客群 分众市场

《图四 台湾厂商昌曜科技实际应用于餐厅之互动餐桌。》
《图四 台湾厂商昌曜科技实际应用于餐厅之互动餐桌。》

和安全监控产品雷同,数位电子看板也是因影像感测而更有新意的应用。自2004年开始,数位电子看板的年成长率大概都保持着20%左右,尤其在触控面板普及后,有了新的驱动力。


Intel与微软目前有一系列的数位电子看板开发合作计画,过去一整年,这扇备具智慧的广告看板在各大电子展上出尽风头。不仅能够因应环境自动调整亮度以及开关机,更能够利用影像感测系统主动辨别,挑选使用者需要的资讯:女性姐妹淘、情侣、小家庭、银发族…等,不同的客群需要不同的消费指引,影像感测器以及内嵌软体,等同于一个沉默却聪慧的人机介面,在你开口、动手之前,先替你拣选初步的内容。


微软嵌入式事业群资深行销协理李启后表示,目前数位电子看板产业没有大型OEM业者卡位成功,市场仍属分散,后势值得关注。未来,销售与市场分析两相合流将成为数位电子看板的趋势,举例来说,房仲业,婚纱业等店面有大面积展示橱窗的业者,都是下一波采用数位电子看板的潜在客户。


外商领头羊 台厂待努力

体感风潮也将持续带动相关半导体市场,洪春晖预估,如果三大游戏机品牌未来推出下一代游戏主机时,都将目前的体感模式纳入规格,最大的受益元件将是CMOS影像感测器。 MIC数据显示,2009年至2014年之间,家用游戏机体感应用每年约可增加CMOS影像感测器4千至6千万颗的市场规模,且在Kinect的带动下,3D影像感测器以及彩色CIS可望占有相当比重。


不过,洪春晖说,台湾厂商在影像感测方面对于关键技术的掌握并不高,目前最高端的3D影像感测技术仍以外商为主。


CIS市场外商牢握 产业集中度高

传统CMOS感测器的应用演进轨迹,是从多功能事务机、光学滑鼠等中低阶应用,一路衍生到行动电话、笔记型电脑之上。主要厂商多集中在外商,前六大厂商就占去约9成的市占率。在智慧型手机界引起话题的,就是豪威科技(OmniVision),因是iphone供应链成为唯一CIS供应商,去年在美国股价连连上涨。


SONY在数位相机与高阶手机领域,也掌握充分的CIS动能;去年11月甚至斥资约12亿美元,把之前卖给TOSHIBA的长崎县半导体工厂买回来,用于生产影像感测器。在今年三月东日本震灾之前,一度还传出SONY打入Apple未来将推出的iPhpne5供应链,因此影响OmniVision在美股价。不过,SONY在日本东北的六座厂房因震灾而停工,感测器是否能够维持原先的品质与产能,也成为众所瞩目的问题焦点。


而在更前端的3D影像感测部分,目前关键技术掌握在两家厂商手上。以色列商PrimeSense的感测模组,因获得微软Kinect采用而跃升台面。其采取雷射光斑结构计算方法,可以每秒输出60个画面,操作距离从80公分到350公分,操作范围达水平58°/垂直40°/对角70°,可辨识4人的感测,提升了操作范围与距离。此外,由Optrima与广达投资成立的Canesta,也有利用TOF技术达到3D影像感测的解决方案,这是目前在「3D影像感测」上的主流厂商。


台厂投入影像感测 仍以中低阶产品为主

台湾厂商,仍然不乏投入CMOS感测器应用者,多选择以VGA、1~3M切入市场,以避开大型厂商主攻的5M以上市场。不过,中低阶应用,如多功能事务机的市场成长力逐渐趋缓,同业杀价竞争,过去常见的厂商也有部份开始淡出转型。


去年起,敦南科技就宣布自手机相​​机模组退场,瞄准智慧手机与平板电脑等毛利高的市场,积极展望距离/环境光源感测IC,并预计带给营收一倍成长。除了敦南以外,以光电类比IC见长的凌耀科技,也把环境光源感测IC列为主产品线,客户群以智慧型手机和笔记型电脑为主。


在对手逐步转型之后,坚守此岗位的厂商也跟着浮出台面。影像感测器产品出货占营收100%的菱光科技可说是守得云开见月的代表,但主要客户和新型应用较无关联,多是大型多功能事务机厂商。菱光CIS高层亦转战亚光,开辟CIS产品线。目前亚光光学元件产品所占比例达全产品线的65%,光学元件、CIS等产品出货逐渐转强,并也替游戏机生产3D镜头。其中CIS订单排程已经到达今年第四季,对于2010年全年亏损创新高的亚光来说,影像感测的新契机是洗刷连年亏损的出口。


新型应用部分,台湾大约仅有原相可作为代表。以CMOS影像感测器打入任天堂Wii供应链的原相科技。近年Wii游戏机销量下滑,原相难免受到影响,不过在任天堂证实下一代机种将扩大倚重扩增实境之后,拥有合作默契、又可避开震灾阴影的原相未来预计将会有再爆量成长的机会。


嵌入式处理器亦为关键角色

《图五 Intel亚太区嵌入式产品事业群产品营销总监林俊达。》
《图五 Intel亚太区嵌入式产品事业群产品营销总监林俊达。》

不过,影像感测功能要能真正运作、并且彻底颠覆目前的人机介面,处理器也​​宛若心脏般重要。根据研究机构IDC调查结果,未来五年,嵌入式系统专属处理器的出货量每年都会有2位数的成长率。更重要的是,为了应付影像感测对视觉元素以及高画质呈现的期待,嵌入式处理器整合绘图晶片也成为市场需求。


2011年,CPU大厂推广嵌入式处理器的态度也明显愈发积极。 Intel亚太区嵌入式产品事业群产品行销总监林俊达就表示,将视觉功能与3D绘图技术与微处理器一起整合到单一晶片之上,可以提升多重执行绪应用的效能与效率,快速编解码的能力。他以数位电子看板为例说明,由于放置各地的展示看板尺寸不尽相同,透过网路传送的影像内容,必须再透过嵌入式处理器、针对不同尺吋的萤幕进行自动最佳化;此外,若要有效率地分析使用者模式,透过视讯镜头进行人脸辨识,处理器更要具备高绘图运算能力,才能负荷高清画质的影像输入。


另一方面,AMD去年开始积极推广的APU也首度让嵌入式处理器与PC用处理器几乎同时亮相,对于嵌入式应用强调省电、小尺寸与高运算效能的需求,AMD同样喊出「低功耗」与「高效能」的口号。 AMD嵌入式客户事务总监Richard Jaenicke表示,在温度、速度方面,嵌入式处理器的耐度较高,并支援工业用的标准汇流排。在应用方面,针对特殊用途,嵌入式系统的威力反而更大。如医疗、安全监控都是锁定目标。


CIS厂商应及早移出红海

整体来说,虽然影像感测新应用可替CMOS感测器拉抬出货量,但是至少在2012年之前,CMOS感测器的最大市场仍然植基于手机照相模组的广大市场,其次则是笔记型电脑、数位相机,其次才是游戏应用。而在监控领域,虽然照相模组需求呈现稳定成长,但是碍于现阶段主流市场CMOS的感光度不如CCD,所以短期之内CMOS在安全监控领域的成长幅度不会太大。


但CMOS感测器厂商必须记取多功能事务机需求宛若黄花枯萎的前例,绝不能死守市场竞争度最高的红海。当前业界已经开始发生零组件缺货现象,愈是基础的应用愈可能发生零组件缺货的问题。这是肇因于中低阶应用产品供需成熟,供应链上下游的整体毛利均不断下杀,同一条产线若要分配产能,如无特殊因素干预,当然选择毛利高的平板电脑、智慧型手机…这一类可携式装置。


人机介面的新互动模式形貌如何,已经大略勾勒完成。动作感测朝向提升精准度与扩大感测范围的方向发展是确切的态势,未来消费性电子产品亦将整合影像、语言以及表情等多种控制介面。当触控已经成为相对成熟的新兴产业,CMOS影像感测,将藉由这波人机介面革新浪潮,找到新的应用蓝海。


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