芯侖光電創始人兼董事長陳守順：從汽車開始，重塑機器之眼 | 摩爾領袖志

來源：微信公眾號 半導體行業觀察（ID：icbank）

智能工廠和無人駕駛汽車的興起，帶熱了市場對機器視覺系統的需求。

我們所說的機器視覺，是指用機器來代替人眼進行信息收集和決策判斷的系統。在其實際操作中，通過機器視覺前端圖像攝取裝置，將被攝取目標轉換成圖像信號，傳送給專用的圖像處理系統，得到被攝目標的形態信息，根據像素分布和亮度、顏色等信息，轉變成數字化信號;圖像系統對這些信號進行各種運算來抽取目標的特徵，進而根據判別的結果來控制現場的設備動作。

這種極具優勢的系統在面世之後就被廣泛應用到各個領域。但最近幾年，隨著自動駕駛等高需求應用的興起，傳統的機器視覺系統就顯得「力不從心」。我們執迷於越來越高的算力堆砌，疲於應付隨之而來的整體模組（尤其是內存、GPU）成本上漲，系統效能不堪重負等問題，卻往往忽視了機器視覺的數據之源——前端攝像頭。

為此，國內首家動態視覺感測器晶元（Dynamic Vision Sensor ，簡稱DVS）研究型產業化企業——芯侖光電（CelePixel）提出了從前端感測器端來解決機器視覺圖像處理痛點的解決方案。該公司的創始人兼首席科學家陳守順博士在接受摩爾領袖志專訪時表示，為機器設計的攝像頭與傳統為人眼設計的攝像頭側重點並不相同，需要為機器視覺打造獨特的「眼睛」。芯侖光電通過其革命性的動態圖像感測器技術，大規模提高了圖像處理系統的使用性能，顯著地改善穩定性和功耗、算力、存儲的問題，重塑機器視覺之源。

1顛覆傳統方案，機器「眼球」的重生

傳統的機器視覺系統攝像頭前端普遍採用CMOS有源像素感測器（APS），其工作方式是將捕捉到的光學信息（包括採集點的灰度和顏色）轉化成電信號，實現整個場景的還原。

陳守順博士指出，傳統CMOS圖像感測器的採集都是有間隔的，即圖像抓取不連續，記錄的是陣列中像素點在曝光時間內的總亮度值（積分），而積分常常會把在快速運動的物體的運動特徵丟失，但這恰恰是對運動物體的檢測至關重要的。

DVS則更像「微分」，檢測每個像素點的光強是否隨時間有細微的變化，如果單個像素點的數據沒有變化，那麼感測器將只保留之前的記錄數值。這種實時監測動態信息的能力，直接可以移除冗餘的背景圖像數據，為機器視覺提供精確的輸入，解決多餘計算問題，減少了信號傳輸、存儲和處理的系統成本。

芯侖光電基於該DVS技術，打造了其革命性圖像感測器系列產品CeleX。經過多輪流片和產品升級，目前最新的一代晶元CeleX-IV採用0.18um CMOS Image Sensor工藝，擁有目前同類產品中最高的解析度，達到50萬像素（768x640），單像素點尺寸為18um x 18um，100MHz高速雙讀出通路，可以提供三種工作方式，分別為傳統的「圖像模式」，專為機器視覺而生的「動態模式」，和獨家絕技在感測器端即可提供的「光流模式」。

下一代產品預計今年第二季度流片，解析度為1280x800（100萬像素）甚至更高，最終可在全幅畫質和圖片細節上與傳統的圖像感測器分庭抗禮。通過幾張動圖，可以一窺CeleX感測器的神奇：

1、在「動態模式」下不再具有幀率的概念，納秒級別的極快速反應

（註：本文中出現的GIF均為上一代CeleX Sensor拍攝，圖像解析度384x320）

傳統感測器中，圖像的記錄存在固定的幀率，即以某個頻率對陣列的所有像素點採樣一次；在CeleX中，只有光強發生變化的像素才會被讀取，這樣，晶元的輸出數據就不受幀率的影響了，運動頻繁的點讀出次數會相應增多，因此可以完整記錄下運動的過程。

2、低數據流，剔除冗餘數據

因為CeleX感測器在「動態模式」下只記錄變化的數據，所以實際上CeleX感測器輸出的都是「有用的數據」，用戶也無需再在機器視覺的後端部分浪費寶貴的運算資源和時間，構建複雜的演算法，進行圖像冗餘數據的排除和運動物體的提取。

3、優異的亮暗環境成像，適應大範圍光照條件

由於像素點單獨獲取數據，不再受統一的成像參數（白平衡、感光度）影響，在圖像存在過曝源、過暗的情況下，依舊能夠利用單個像素點的改變讀出整個畫面的特徵。

4、可在空間和時間上做持續追逐，輸出四維圖像信號

DVS在時間和空間域上是連續工作的，有效的像素跟著物體同步運動，其運動路徑上的所有像素點都會被讀出，而不用在物體的周圍的大範圍內做暴力搜索。

2以晶元為核心，提供平台化機器視覺方案

看到CeleX感測器如此優越的性能，不由得會想，如何將其應用到實際的機器視覺場景中去？

以自動駕駛汽車為例，採用傳統CMOS感測器攝像頭會採集大量冗餘數據，帶來巨大的運算壓力，某家廠商甚至在後端部署了三個GPU同時處理收集到的數據，這些GPU每個耗電1千瓦，大小也有冰箱那麼大，同時產生嚴重的散熱問題。

但如果替換成CeleX系列感測器，通過精密的電路布局和並行運算能力，搭配獨特的讀出演算法，使得其速度不受傳統的曝光時間和幀速率限制，可以有效的過濾背景冗餘數據，從而多至成千倍的節省運算數據流，降低整個圖像處理系統成本，使實時處理的難度大大降低。而更為關鍵的是在兼顧了架構優勢的同時，還會向後端輸出多維度信號（X,Y,A,T）和多模式（圖像、動態、光流）數據，讓配套應用的開發和部署變得簡便，這是其他方案所不能相比的。

值得一提的是光流模式在自動駕駛領域的應用：一直以來諸如KITTI.ai之類的傳統的數據集和測試天梯中對光流演算法的評判都是整體系統效能中至關重要的一個維度。而光流作為描述特徵運動的向量場，通行的做法是運用複雜後端演算法通過前後幀全幅圖像的變化對比進行運算和處理。針對這一痛點應運而生的芯侖獨有on-chip光流絕技不僅僅把多餘的背景冗餘信息有效進行過濾和預處理；同時還可以大幅提高光流模型的解析度和效率（擺脫幀數概念的限制和全幅圖像對比方法的制約）；同時所有的光流信號的輸出完全不依賴任何後端運算元器件的幫助，直接在採樣層面把相關信息抓取和讀出，感知系統的魯棒性和效率將由此大幅度提升。

同時，因為傳統的機器視覺中需要在普通的圖像基礎上進行大量後端計算。即便花時間打磨演算法，但因為從演算法到硬體還需要一系列API連通，並且受制於傳統幀率的制約和全幅圖像帶來的數據壓力，系統整體效率不高而且容易出錯。而CeleX實際上將原來後端的演算法固化，內嵌到到感測器前端完成預處理，效率非常高。

另外，CeleX作為一種平台化技術，有多種應用模式和形態。根據不同的應用場景和市場需求，芯侖光電靈活地提供晶元、技術授權或終端解決方案。

在與半導體行業觀察記者的交流中，陳守順博士也多次表示，對自己公司的定位絕不僅僅只是一家晶元廠商，而是成為業界領先的機器視覺圖像和圖像處理解決方案的提供商，為從輔助駕駛到無人駕駛的全技術路徑提供最佳的圖像感知和處理解決方案，在更大的市場創造更高的價值。

同時解決了高速捕捉和後端計算的瓶頸，這種顛覆性的方案從推向市場開始，就得到了終端客戶的認可。據陳守順博士介紹，現在芯侖在垂直領域瞄準車載市場，主要分為兩大類產品：車內駕駛員監控（DMS）和駕駛輔助系統（ADAS）。而其中關鍵零部件DVS感測晶元也經過了博世、LG、Continental等知名廠商的評估，並和Intel、Infineon、Panasonic等啟動了合作項目。

3從學者到創業者，陳守順的理想和期望

回國之前，陳守順博士為新加坡南洋理工大學教授，此前先後獲得北大學士、中科院碩士、香港科技大博士，並在耶魯完成博士後，已有超過15年的圖像晶元和混合模式集成電路設計開發經驗。

據他透露， CeleX方案最早源自他的博士求學階段。當時他在研究一種能通過類似於神經元突觸信息傳遞方式，將像素陣列的電信號讀出晶元外的新型感測器。直到2011年，他終於將這個設想落實到了一顆64×64的原型晶元上。經過幾年的迭代更新之後，陳守順博士在2015年於新加坡創立了Hillhouse Technology公司，這就是芯侖光電的前身。

在創業這條路上走了多年的陳守順認為，這是一段不同於以往研究生涯的經歷，與客戶的溝通和與學生溝通也是完全不同的體驗。他指出，與客戶溝通的時候，需要了解客戶的痛點，才能做出符合需求的產品，傳遞企業的價值。例如芯侖光電以前的產品並不具備光流模式，是在與不同客戶的密切溝通之後，才挖掘出了這一需求，進一步提升了產品的價值。從這一點來看，芯侖光電不僅僅是一支埋首實驗室研究高精技術的團隊，而是一家以市場為導向，具有敏銳洞察和戰略規劃的技術型企業。

依託十幾年的研發積累，芯侖光電建立了完整的獨立知識產權體系，在並在多個細分硬體指標和兼容性指標上領先於國際同行。運用芯侖光電的DVS，機器視覺視頻流不再具有幀率概念的制約，圖像信息以事件和動態觸發為驅動；由光強產生的動態像素流以納秒級的反應速度實時輸出，並且直接在晶元上完成光流（Optical Flow）和一系列預運算（Pre-processing），從而大大提高整個機器視覺系統敏銳捕捉和響應物理世界的能力。

這樣極高技術門檻的前沿技術，應用領域不可能只局限在汽車，在問到對於這個產品未來的期望的時候。陳守順博士告訴半導體行業觀察記者：「首先，我們的目標是想替換掉現在的車載感測器，至於安防、無人機防撞預警、工業過程式控制制、SLAM和消費電子類產品（例如體感遊戲）等市場，也都是芯侖光電的長期目標。在所有目標快速變化的領域，DVS都能夠更快發現、更准把握、更低代價的傳輸和計算，大大擴展機器視覺的應用範圍。」

「不排除說其他的廠商也會看好這個技術方向並有所動作，但我們不懼挑戰。芯侖光電具有先發優勢，還在不斷迅速地迭代發展中；更重要的是，我們的技術方案有很高的門檻，且優越的性能已經被合作夥伴們驗證並認可」，陳守順博士補充說。

依賴於產品技術優勢穩紮穩打和他們所聚焦的市場的潛力，芯侖光電獲得了投資者的青睞。在種子輪，他們就拿到了天使投資人100萬新幣加500萬人民幣的投資；2017年7月落地上海後，更是取得了加速發展。近日，公司宣布拿到了由百度風投(BV)領投的4000萬元Pre-A輪融資。這筆投資證明了自動駕駛新巨頭對芯侖光電技術產品的信心；也必將給公司的未來帶來更強的資源和幫助。

芯侖方面表示，拿到融資之後，他們將會加速百萬級像素動態視覺感測器平台的搭建，加速與汽車相關領域的應用項目的落地，推動消費電子應用領域的合作。

站在機器視覺的風口，陳守順博士表示，掌握晶元核心技術，布局全球市場，成為一家AI時代的機器視覺平台公司，是自己對芯侖光電的期望，也是他作為一名中國晶元設計創業者的理想！

本期採訪嘉賓：陳守順博士

陳守順博士是芯侖光電的聯合創始人，董事長和首席科學家，是公司核心技術的發明人。他於2000年獲得北京大學的理學學士學位，於2003年獲得中國科學院的工程學碩士，於2007年獲得香港科技大學的博士學位。他是中國第一款通用CPU 」龍芯一號」的核心開發成員。博士畢業後他在香港科技大學電子與計算機工程系進行了一年的博士後研究，又於2008年2月到2009年5月，在美國耶魯大學電氣工程系做博士後研究員。2009年7月，他作為助理教授加入新加坡南洋理工大學。陳教授的研究方向包括智能圖像感測器以及成像系統，遙感成像系統，混合信號集成電路。在南洋理工大學期間，他作為項目負責人完成了超過1000萬新幣的研究項目，指導並畢業超過6名博士生。他是IEEE高級會員，是IEEE電路與系統(「CASS」)感測器專業委員會成員和秘書長；IEEE感測器期刊的副主編。

關於芯侖光電

上海芯侖光電科技有限公司成立於2017年7月，前身是在新加坡成立的Hillhouse Technology Pte. Ltd， 是一家提供集成化的感測器系統解決方案的科技公司。依託公司擁有全球領先的感測器晶元技術，將先進的信號處理技術嵌入感測器晶元，推動機器視覺產業發生根本變革，並在應用端實現商業價值最大化。

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中國半導體CEO訪談專題欄目。領袖，是一個企業的靈魂，決定著整個團隊的前進方向和成敗。這一點在資金和技術高度密集的半導體行業顯得尤為突出。「半導體行業觀察」作為摩爾精英旗下的專業半導體行業媒體，利用自身30萬微信關注的影響力，為廣大專業讀者了解半導體行業領袖構建溝通平台，「摩爾領袖志」訪談內容集中在行業發展趨勢、經營管理理念、創業創新故事、企業人力資本運營等四個方面，從宏觀到微觀、從理念到實踐、從創業到管理全面覆蓋。

本期特約記者：張競揚

張競揚，摩爾精英創始人兼CEO，東南大學無線電系碩士（電路與系統），擁有十餘年半導體產業從業經驗。摩爾精英是領先的半導體專業服務平台，旗下業務包括「晶元設計服務、流片封測服務、半導體招聘、媒體研究」。在創立摩爾精英前，張競揚曾任：上海工研院商務總監、SEMI 高級經理、IBM微電子中國區業務拓展主管、IBM微電子亞洲技術支持中心負責人、IBM微電子晶元研發中心高級工程師、射光所RFIC設計師。

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