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影像感測應用再升級
你的身體最誠實

【作者: 朱致宜】   2011年04月29日 星期五

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觸控技術的發展當然讓人機介面步上更明顯的改革,但是,畢竟仍是要讓人「動手操縱」,在更新一波的人機介面革興浪潮,如要講求與人的「直覺」互相匹配,則勢必得倒過來思索-「如何讓機器了解人的起心動念?」


答案其實很簡單,身體是誠實的。


我們姑且大膽地把攝影鏡頭看作是機器的眼睛,而處理器則是大腦、軟體則是它的運轉思維。目前,最新的人機介面,有了聰明的大腦與善體人意的思維,更重要的是還生了一雙精準的眼睛。影像感測技術,讓光學鏡頭不再只是拍照留念、錄影存證,更重要的是,機器可以透過你的肢體動作,判斷你的意念,與你進行互動。


新應用 刺激供應鏈整體升級

講求與虛擬互動的遊戲機產業,是影像感測在消費性電子大鳴大放的一隻重要的手。Wii是其中的先行者,採用紅外線感測控制器與主機的距離,2008年出貨2483萬台,成功創造了新的體感遊戲模式。


《圖一 微軟的Kinect從遊戲機開始掀起影像感測風潮。(Source:微軟)》
《圖一 微軟的Kinect從遊戲機開始掀起影像感測風潮。(Source:微軟)》

2010年,SONY PS3以CMOS感測影像,並以控制器MOVE前端的LED光球進行定位,定位較Wii又再精確一大步。不過微軟的Kinect鋒頭更健,以內建紅外線發射器加上CMOS影像感測器的距離偵測裝置,進行動作定位,甚至可以針對3D動作進行辨識。此外,為了便於多人連線,再外加RGB的CMOS影像感測器。2010年是遊戲機廠商以體感搏翻身的好年,根據資策會MIC所發佈的數據,雖然完全翻新的次世代遊戲機尚未問世,故遊戲主機的總銷售量呈現緩步下滑,但新型態的人機介面吸引了各個世代的玩家,在新舊主機用戶投入購買的狀態下,預估在2013年開始,無論是PS MOVE或是Kinect,感測配件的搭配率都將超過100%。


資策會MIC產業顧問洪春暉進一步分析,表示PS3體感遊戲支援最多四人同時遊戲,有機會提升控制器(動作介面)對主機之搭載率。再將PS MOVE與Kinect做細部比較,由於PS MOVE可進行手部的精確定位,預期可以吸引重度核心玩家。而Kinect的暢銷,主要則是吸引輕度與非遊戲族群。


安全監控:智慧偵測減少人力支出

《圖二 應用於台灣花博的智慧監測系統。》
《圖二 應用於台灣花博的智慧監測系統。》

安全監控設備在這十年也掀起數位化浪潮,傳統卡帶現在已經幾乎被硬碟儲存所取代,逐步擴展至高度擴充性,高性能以及快速處理的需求。目前已經逐步走到HD高畫質的等級,百萬像素攝影機每秒產生的影像,比傳統類比畫質高6倍以上,高畫質時代的來臨,也讓安全監控得以進一步導入影像管理/辨識技術,ICT業者也趁著IP網路監控技術興起積極切入此領域。


新一代的IP網路攝影機,擁有較高的畫素,並以較高的畫素、遠端處理以及網路傳輸的能力,從被動跨向主動,亟欲取代傳統類比式CCTV攝影機。近三、四年,智慧型偵測開始受到歡迎,可以用軟體自動分析前、後影像之不同進行智慧保全,減少人工監看的成本。不過,過去2D偵測的缺點是容易有誤報,光影變化也會被辨識為實體物件,3D影像辨識應用在安全監控,便能藉由影像的深度判斷出實際的大小與體積,四月底剛閉幕的台北花卉博覽會,就是應用台灣廠商HuperLab的3D影像智慧偵測軟體,透過網路攝影機計算遊客人數。


目前安控市場方興未艾,不過,安全監控產業畢竟是由傳統銅軸電纜起家,老牌業者與資通訊業者並非同門同派,加上公部門採購案多有價格考量,所以IP攝影機至今尚未取得全面的市佔反轉;目前安控廠商如行有餘力,多採取CCT、IP多方佈局的策略。


擴增實境:IS Wii 2 Coming?

《圖三 謠傳中的Wii2介面。(Source:IGN)》
《圖三 謠傳中的Wii2介面。(Source:IGN)》

此外,值得一提的是在影像感測部分,擴增實境(Augmented Reality)便是搭配的新興應用之一。以影像感測器搭配定位追蹤技術以及軟體處理,偵測現實環境中的物體,控制者得以和結合了實體與虛擬的影像互動。


作為體感風潮的引領者,任天堂Wii 2傳言從來未曾停歇。這次看來玩真的,任天堂發布新聞稿表示明年六月確定上市,執行長岩田聰表示「將提供玩家以新穎的方法在家打電玩」。市場八卦未必屬實、但也不一定純屬臆測。傳言中,開發代號為「Project Cafe」的Wii 2,控制器將搭載兩組攝影鏡頭,可將現實環境和遊戲結合,也就是擴增實境的應用;此外,控制器中間的6吋大螢幕可直接操縱遊戲,使用者則是以觸控螢幕的方式來將指令傳至主機、並與大螢幕同步。這些八卦是否成真,等著看任天堂在即將到來的E3電玩展中釋出更多的細節了!


除了傳言甚囂塵上的任天堂Wii 2,早在iPhone等智慧型手機上,就能透過App Market嘗試此類的遊戲娛樂應用。而在導航、工業、教學、醫療與展售,擴增實境都有發揮的空間,如在商場中導入數位電子看板,利用擴增實境功能進行衣物飾品的試穿,就是重要應用。


數位電子看板:辨別客群 分眾市場

《圖四 台灣廠商昌曜科技實際應用於餐廳之互動餐桌。》
《圖四 台灣廠商昌曜科技實際應用於餐廳之互動餐桌。》

和安全監控產品雷同,數位電子看板也是因影像感測而更有新意的應用。自2004年開始,數位電子看板的年成長率大概都保持著20%左右,尤其在觸控面板普及後,有了新的驅動力。


Intel與微軟目前有一系列的數位電子看板開發合作計畫,過去一整年,這扇備具智慧的廣告看板在各大電子展上出盡風頭。不僅能夠因應環境自動調整亮度以及開關機,更能夠利用影像感測系統主動辨別,挑選使用者需要的資訊:女性姐妹淘、情侶、小家庭、銀髮族…等,不同的客群需要不同的消費指引,影像感測器以及內嵌軟體,等同於一個沉默卻聰慧的人機介面,在你開口、動手之前,先替你揀選初步的內容。


微軟嵌入式事業群資深行銷協理李啟後表示,目前數位電子看板產業沒有大型OEM業者卡位成功,市場仍屬分散,後勢值得關注。未來,銷售與市場分析兩相合流將成為數位電子看板的趨勢,舉例來說,房仲業,婚紗業等店面有大面積展示櫥窗的業者,都是下一波採用數位電子看板的潛在客戶。


外商領頭羊 台廠待努力

體感風潮也將持續帶動相關半導體市場,洪春暉預估,如果三大遊戲機品牌未來推出下一代遊戲主機時,都將目前的體感模式納入規格,最大的受益元件將是CMOS影像感測器。MIC數據顯示,2009年至2014年之間,家用遊戲機體感應用每年約可增加CMOS影像感測器4千至6千萬顆的市場規模,且在Kinect的帶動下,3D影像感測器以及彩色CIS可望佔有相當比重。


不過,洪春暉說,台灣廠商在影像感測方面對於關鍵技術的掌握並不高,目前最高端的3D影像感測技術仍以外商為主。


CIS市場外商牢握 產業集中度高

傳統CMOS感測器的應用演進軌跡,是從多功能事務機、光學滑鼠等中低階應用,一路衍生到行動電話、筆記型電腦之上。主要廠商多集中在外商,前六大廠商就佔去約9成的市佔率。在智慧型手機界引起話題的,就是豪威科技(OmniVision),因是iphone供應鏈成為唯一CIS供應商,去年在美國股價連連上漲。


SONY在數位相機與高階手機領域,也掌握充分的CIS動能;去年11月甚至斥資約12億美元,把之前賣給TOSHIBA的長崎縣半導體工廠買回來,用於生產影像感測器。在今年三月東日本震災之前,一度還傳出SONY打入Apple未來將推出的iPhpne5供應鏈,因此影響OmniVision在美股價。不過,SONY在日本東北的六座廠房因震災而停工,感測器是否能夠維持原先的品質與產能,也成為眾所矚目的問題焦點。


而在更前端的3D影像感測部分,目前關鍵技術掌握在兩家廠商手上。以色列商PrimeSense的感測模組,因獲得微軟Kinect採用而躍升檯面。其採取雷射光斑結構計算方法,可以每秒輸出60個畫面,操作距離從80公分到350公分,操作範圍達水平58°/垂直40°/對角70°,可辨識4人的感測,提升了操作範圍與距離。此外,由Optrima與廣達投資成立的Canesta,也有利用TOF技術達到3D影像感測的解決方案,這是目前在「3D影像感測」上的主流廠商。


台廠投入影像感測 仍以中低階產品為主

台灣廠商,仍然不乏投入CMOS感測器應用者,多選擇以VGA、1~3M切入市場,以避開大型廠商主攻的5M以上市場。不過,中低階應用,如多功能事務機的市場成長力逐漸趨緩,同業殺價競爭,過去常見的廠商也有部份開始淡出轉型。


去年起,敦南科技就宣佈自手機相機模組退場,瞄準智慧手機與平板電腦等毛利高的市場,積極展望距離/環境光源感測IC,並預計帶給營收一倍成長。除了敦南以外,以光電類比IC見長的凌耀科技,也把環境光源感測IC列為主產品線,客戶群以智慧型手機和筆記型電腦為主。


在對手逐步轉型之後,堅守此崗位的廠商也跟著浮出檯面。影像感測器產品出貨佔營收100%的菱光科技可說是守得雲開見月的代表,但主要客戶和新型應用較無關聯,多是大型多功能事務機廠商。菱光CIS高層亦轉戰亞光,開闢CIS產品線。目前亞光光學元件產品所佔比例達全產品線的65%,光學元件、CIS等產品出貨逐漸轉強,並也替遊戲機生產3D鏡頭。其中CIS訂單排程已經到達今年第四季,對於2010年全年虧損創新高的亞光來說,影像感測的新契機是洗刷連年虧損的出口。


新型應用部分,台灣大約僅有原相可作為代表。以CMOS影像感測器打入任天堂Wii供應鏈的原相科技。近年Wii遊戲機銷量下滑,原相難免受到影響,不過在任天堂證實下一代機種將擴大倚重擴增實境之後,擁有合作默契、又可避開震災陰影的原相未來預計將會有再爆量成長的機會。


嵌入式處理器亦為關鍵角色

《圖五 Intel亞太區嵌入式產品事業群產品行銷總監林俊達。》
《圖五 Intel亞太區嵌入式產品事業群產品行銷總監林俊達。》

不過,影像感測功能要能真正運作、並且徹底顛覆目前的人機介面,處理器也宛若心臟般重要。根據研究機構IDC調查結果,未來五年,嵌入式系統專屬處理器的出貨量每年都會有2位數的成長率。更重要的是,為了應付影像感測對視覺元素以及高畫質呈現的期待,嵌入式處理器整合繪圖晶片也成為市場需求。


2011年,CPU大廠推廣嵌入式處理器的態度也明顯愈發積極。Intel亞太區嵌入式產品事業群產品行銷總監林俊達就表示,將視覺功能與3D繪圖技術與微處理器一起整合到單一晶片之上,可以提升多重執行緒應用的效能與效率,快速編解碼的能力。他以數位電子看板為例說明,由於放置各地的展示看板尺寸不盡相同,透過網路傳送的影像內容,必須再透過嵌入式處理器、針對不同尺吋的螢幕進行自動最佳化;此外,若要有效率地分析使用者模式,透過視訊鏡頭進行人臉辨識,處理器更要具備高繪圖運算能力,才能負荷高清畫質的影像輸入。


另一方面,AMD去年開始積極推廣的APU也首度讓嵌入式處理器與PC用處理器幾乎同時亮相,對於嵌入式應用強調省電、小尺寸與高運算效能的需求,AMD同樣喊出「低功耗」與「高效能」的口號。AMD嵌入式客戶事務總監Richard Jaenicke表示,在溫度、速度方面,嵌入式處理器的耐度較高,並支援工業用的標準匯流排。在應用方面,針對特殊用途,嵌入式系統的威力反而更大。如醫療、安全監控都是鎖定目標。


CIS廠商應及早移出紅海

整體來說,雖然影像感測新應用可替CMOS感測器拉抬出貨量,但是至少在2012年之前,CMOS感測器的最大市場仍然植基於手機照相模組的廣大市場,其次則是筆記型電腦、數位相機,其次才是遊戲應用。而在監控領域,雖然照相模組需求呈現穩定成長,但是礙於現階段主流市場CMOS的感光度不如CCD,所以短期之內CMOS在安全監控領域的成長幅度不會太大。


但CMOS感測器廠商必須記取多功能事務機需求宛若黃花枯萎的前例,絕不能死守市場競爭度最高的紅海。當前業界已經開始發生零組件缺貨現象,愈是基礎的應用愈可能發生零組件缺貨的問題。這是肇因於中低階應用產品供需成熟,供應鏈上下游的整體毛利均不斷下殺,同一條產線若要分配產能,如無特殊因素干預,當然選擇毛利高的平板電腦、智慧型手機…這一類可攜式裝置。


人機介面的新互動模式形貌如何,已經大略勾勒完成。動作感測朝向提升精準度與擴大感測範圍的方向發展是確切的態勢,未來消費性電子產品亦將整合影像、語言以及表情等多種控制介面。當觸控已經成為相對成熟的新興產業,CMOS影像感測,將藉由這波人機介面革新浪潮,找到新的應用藍海。


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