從相機元件到光學感知 影像產業競爭轉向系統能力

影像感測器市場長期由智慧型手機帶動，畫素、尺寸與影像品質也成為產業競逐的主要指標。然而，當視覺技術進入汽車、機器人、工業設備與各類邊緣裝置，系統需要的已不只是可供觀看的照片，而是能直接用於判斷距離、動作、位置及環境狀態的資料。

這項改變正重新劃分影像感測器市場。智慧型手機主相機仍是規模最大的應用之一，但汽車座艙監測、工業機器視覺、機器人導航及人機互動等應用，對感測器提出了不同要求，包括低功耗、即時反應、特殊光譜感測，以及在有限運算資源下提供可用資料。

圖一 : 影像逐漸成為實體環境與數位系統之間的感測介面。

意法半導體（ST）影像次事業群執行副總裁暨總經理 Alexandre Balmefrezol 表示，影像感測的角色正從單純擷取畫面，擴展至深度、動作與情境資訊。影像元件因此不再只是攝影機前端，也逐漸成為實體環境與數位系統之間的感測介面。

這並非否定傳統影像感測器的重要性，而是應用需求已經分化。需要辨識色彩、紋理或表面缺陷的系統，仍仰賴完整的影像資訊；需要掌握人員位置、物體距離或移動狀態的設備，則可能採用深度或其他光學感測資料。感測器能否提供符合任務需求的資訊，開始與單一規格高低同樣重要。

消費電子奠定規模，感測需求開始分化

ST 的影像業務發展，也反映了產業過去二十多年的變化。ST Imaging 個人電子、工業與大眾市場事業線總監 David Maucotel 指出，ST 在 2000 年代初期曾大量供應手機相機感測器與模組；隨著手機影像市場競爭加劇，公司逐步把研發資源轉向飛時測距、全域快門、環境光感測與微型光學等差異化技術。

這段歷程顯示，影像市場並非沿著同一條規格路線持續演進。手機相機追求更高解析度與更好的成像效果；臉部辨識、電腦登入與動作追蹤，則需要降低移動造成的影像變形；距離感測又涉及光源、接收元件、光學結構及訊號處理。不同需求逐漸形成各自的技術路線。

ST 並未涵蓋所有影像感測器市場，而是將重點放在飛時測距、全域快門、RGB 與近紅外線感測、微型光學，以及感測器與處理功能的整合。這項布局使其影像業務與智慧型手機主相機市場形成不同的競爭路線，並逐步延伸至個人電腦、汽車、工業與機器人等應用。

這類應用通常需要感測器配合光學、演算法、處理器與機構設計，競爭基礎也不再只落在單一晶片規格。

圖二 : 手機鏡頭

技術演進不只發生在畫素

過去十多年，光學感測技術的進步經常呈現在距離、視野與解析度等規格上，但背後並不是單一元件的改善。

以飛時測距技術為例，早期產品多為單點、短距離量測，後續才逐步擴展至多區域深度感測。這項演進同時依靠單光子雪崩二極體（SPAD）尺寸縮小、製程提升、數位運算能力增加、3D 堆疊與光學元件改良。

影像感測器也出現類似變化。畫素尺寸持續縮小，以因應設備小型化；但縮小畫素也會影響進光量與影像表現，因此需要透過背照式製程、3D 堆疊、量子效率與感測器架構加以補償。換句話說，畫素尺寸只是其中一項結果，實際表現仍取決於製程、電路、光學與感測器設計能否共同配合。

3D 堆疊在其中扮演重要角色。感光畫素與數位處理電路可配置於不同晶圓層，使兩者不必受限於同一製程及面積配置。感測層可針對進光與量測表現設計，底層電路則負責數位運算，並為感測器整合更多統計與處理功能保留空間。

這種架構也改變了影像感測器本身所能承擔的功能。元件不再只負責將光線轉換為訊號，也可加入更多處理能力，使輸出資料更接近系統後續分析所需的形式。

從晶片規格走向整合能力

當影像系統涵蓋光源、感測器、光學結構、封裝、訊號處理與軟體，各環節之間的配合開始影響開發效率與最終表現。

Balmefrezol 將 ST Imaging 的方向概括為從獨立感測元件走向感測子系統。這裡所指的系統能力，並不只是將更多功能放進同一顆晶片，而是讓畫素、製程、光學、封裝與處理方式在設計初期便能共同考量。

ST 採用整合元件製造商（IDM）模式，自行掌握感測器設計、前段製造、後段封裝與部分系統整合。對特殊光學感測而言，製程與封裝並非產品完成後才處理的環節，而會直接影響光學效率、尺寸與量產一致性。

不過，影像系統仍需與處理平台、演算法、鏡頭模組及終端設備配合。在這項模式下，ST 以自身製程與感測技術為核心，再結合微控制器、合作夥伴、光學模組與參考設計，支援客戶進行系統整合。

這也是 ST 所稱「從畫素到系統」的主要意涵。其重點不只在於產品線是否完整，而是感測器、光學、封裝與後端處理能否在同一個開發流程中被共同評估。

圖三 : 智慧眼鏡

邊緣 AI 改變影像感測器的評估方式

AI 應用進入終端設備後，影像感測器的評估標準正在擴大。除了傳統的解析度、雜訊與動態範圍，開發者也必須考量系統究竟需要哪一種資料、感測器能否在不同環境下穩定工作，以及資料送入演算法前需要多少處理。

因此，ST 對影像市場的布局並非涵蓋所有 CMOS 影像感測領域，而是聚焦於深度、全域快門、環境光與其他任務導向的感測技術。

對開發者而言，選擇感測器也不再只是比較規格表。系統要辨識什麼、是否需要保存完整影像、能接受多少運算與功耗，才是決定感測架構的起點。

影像感測器的下一階段競爭，將不只在於能拍攝多少畫素，也在於能否提供適合機器判讀，並可在實際系統中有效運用的資料。