產業技術評析

一、前言

智慧移動感測技術市場持續精進，除了歐美日中各國政府加速法規導入ADAS帶動車用感測器需求水漲船高，各種感測器的訊號互補融合也日趨成熟，使各類車外與車內電子次系統支援更加完整；加上4D成像雷達、第三代近場(Near-Field)應用Flash固態光達…等新興感測技術加速應用層面的落地速度，將使未來市場充滿更大的發展前景。

二、車用安全法規動態掃描

歐美日中政府透過法規推動(見圖1)，於2021~2022年依序導入先進駕駛輔助系統(ADAS)，如中國大陸早在2020年即將前車碰撞示警入法導入ADAS(先進駕駛輔助系統)，日本、美國、澳洲則在2021~2022年分別以法規逐步要求車廠將自動緊急煞車導入ADAS。相較於前述四國，歐洲在ADAS導入程度可說最為完善，2020~2022年已分別將自動緊急煞車、車道偏移、智慧速度輔助、酒精偵測/車輛上鎖、疲勞注意力偵測、駕駛人分心警示、事故資料紀錄器、緊急煞車燈號、倒車偵測…等ADAS功能導入智慧車與電動車。

整體而言，歐美日中政府利用法規加速先進駕駛輔助系統(ADAS)的商用化，輔以對應車載感測技術於高效能、小尺寸、低成本三大指標的同步優化，可望加速智慧車載感知應用市場的全面起飛。

資料來源：工研院產科國際所 ITIS研究團隊(2022/08)

圖1、車用安全法規動態掃描

三、感知融合為車輛邁入自駕必要條件

若進一步將ADAS功能與不同感測科技展開形成一對應矩陣(見表1)，可發現目前立體相機與ToF飛時測距感測仍是ADAS採用最多的技術，可支援前車碰撞示警、車道偏移、疲勞注意偵測、駕駛分示警、事故資料記錄與倒車偵測。其次則為豪米波雷達與立體相機/ToF感測器有頗高的互補性，支援自動緊急煞車、智慧速度輔助與緊急煞車燈號。而近來頗受矚目之光達支援感測功能與毫米波雷達重疊度頗高，雖整體效能出色但價格偏高。另外紅外線熱像感測在車載應用也快速崛起，除過往眾人熟知的車外夜視功能外，於車內乘客與駕駛的監控也逐漸開始扮演重要角色。值得一提的是氣體感測器，在室內空氣品質日受重視與COVID-19病毒威脅下，也逐步導入智慧座艙當中，進行有害氣體與氣溶膠之監控，防範可能對駕駛與乘客產生的威脅。而超音波感測目前僅支援ADAS倒車車距感測功能，由於偵測距離較短因此在功能拓展形成一定的侷限性。

表1、ADAS/Sensor科技應用對照表

資料來源：工研院產科國際所 ITIS研究團隊(2022/08)

四、車用影像感測技術競爭激烈

如就車用影像感測技術的應用痛點、技術需求、改善效益進行比較(見表2)，可發現在低光照環境識別較差的問題上，已有業者提出雙增益與改善畫素結構的方式，藉此兼顧日夜場景，同時提升靈敏並降低雜訊。而針對拍攝區域畫面過曝或欠曝的問題，也有業者開始藉由HDR高動態範圍的時域多重曝光，避免畫面區域過曝/欠曝的問題產生。另針對運動偽像的問題，如Sony、OnSemi、STM等領導業者也開始大量開發全域快門技術取代捲簾快門技術，使所有畫素同時開始與結束曝光，以確保拍攝高速運動物體不失真。最後針對LED容易閃爍的問題，有業者透過高動態範圍方式分離大小畫素，同時捕捉LED畫面時，用更長的曝光時間擷取更全面的資訊。

整體而言，上述技術優化途徑多仍是由Sony、三星、OnSemi等美日韓業者所主導，但在運動偽像與LED閃爍問題的處理上，豪威與斯威特等陸系業者則開始急起直追累積相關技術能量。

表2、車用影像感測技術競爭激烈

資料來源：工研院產科國際所 ITIS研究團隊(2022/08)

五、4D成像雷達快速興起

在毫米波雷達發展多時後，具備更優異成像能力的4D成像雷達近來快速崛起(見圖2)，傳統雷達(如倒車雷達)雖可使用現成硬體裝置且成本合理，但多數只能確定速度和方位角，無法捕捉物體瞬間運動變化，且視野狹窄量測距離短，辨識物體中心進行識別時容易產生誤報。

相較之下，4D成像雷達可透過點雲技術進行感知，且無須拍攝圖像即可提供成像效果，更重要的是其成本比光達低了許多，雖然該技術目前主要用於量測物體的距離與高度，且需在低功耗下分析大量訊號做後處理，加上無法使用現有硬體建構產品，導致成本較傳統雷達偏高，但由於該技術在水平和俯仰方向的解析度獲得大幅的改善，因此可以感知如整條隧道的長度和寬度、物體的幾何形狀，並清楚辨識各種交通載具，同時可實現建圖、定位、物體輪廓描繪、被測物體分類等多重功能，且量測距離長達300米，具有市場發展潛力。

資料來源：工研院產科國際所 ITIS研究團隊(2022/08)

圖2、4D成像雷達快速興起

六、車載感測技術指標比較

若以整體車載感測技術指標做一評比(見下圖)，可發現立體相機與雷達為目前互補性最高的兩項技術，雷達偵測範圍可達200米以上明顯優於立體相機且可靠度也較佳，但在深度分辨率則低於立體相機，另在運算量方面雷達也需仰賴立體相機於視覺處理與人工智慧運算的較多支援，成本部分兩者皆已進入商業化對車廠已屬可以負擔的技術。

另一超音波雷達感測由於成本最低因此已大幅應用於倒車測距，且近來隨著AI的興起運算量支援也開始使該技術在環境判斷能力有所提升，惟在量測範圍、深度分辨率、可靠度皆有所不足。至於近來廣受市場矚目的光達，除在量測範圍、深度分辨率、可靠度等指標皆具優勢外，運算量部分也開始整合專屬演算法進行點雲生成軟體處理的優化，且於掃描速度也持續提升中，唯獨目前成本偏高是最大劣勢，然展望未來伴隨業者致力晶片化與成本最佳化的發展目標，有可能逐步降低產品價格加快商業化的發展腳步。

表3、車載感測技術指標比較

資料來源：工研院產科國際所 ITIS研究團隊(2022/08)

七、移動感測廠商案例分析

觀察近來車用感測業者發展狀況，可發現Valeo、Velodyne等業者在移動感知產品技術皆有長足的進展，以下分別就兩家業者進行案例分析：

(一) Valeo

車用電子零件大廠Valeo在車用感測融合有頗為完整的整體解決方案(見圖3)，該公司在光達主要聚焦於第三代近場(Near-Field)應用Flash固態光達，該產品除可清楚看到垂直/水平視角圖，凸顯優異圖像分辨率，建立安全範圍，同時也結合了高效運算、區域控制器、車用照明等諸多功能。

除此之外，該公司也導入相機鏡頭和雷達與演算法來追蹤預測車輛狀態，其Voyage XR全景方案甚至可透過無人機鏡頭在汽車上方飛行拍攝建構虛擬場景，並能360度查看周圍環境，使行人與其餘道路使用者避免可能衍生危險。

而在車內感知解決方案部分，該公司除了導入HR/HRV/RR(呼吸頻率)/體溫等車內生理量測功能外，也進一步嵌入車內空氣/紫外線淨化器，能在有乘客的車輛上消除95%以上病毒微生物和細菌，打造量身訂製的智能熱舒適度解決方案，目前市面上有兩款Level 3之智慧汽車皆已採用Valeo感知系統，預計2024年會導入更多感知融合解決方案。

資料來源：工研院產科國際所 ITIS研究團隊(2022/08)

圖3、Valeo車外Flash固態光達/相機/雷達與車內環境生理量測齊頭並進

(二) Velodyne

另一光達代表廠商Velodyne近來在產品技術發展也相當迅速(見圖4)，以工業機器人應用光達為例，該公司開發產品已進入商業化應用，並擴及工廠倉庫或機場港口搬運自動化領域，藉此因應疫情導致的供應鏈瓶頸，該公司客戶twinny也使用其解決方案進行高效安全搬運工作，在倉庫中使用光達機器人加速作業效率，或引導船舶起重機幫助船隻安全導航卸貨，目前港口有超過5,000台嵌入該公司光達的AGV/AMR同時運作，另包括電力線監控、植被管理，油/氣/礦物/化學品/能源/建築應用領域也是該業者布局的重點。

除此之外，該公司也開發Last Mile物流機器人與無人機應用光達，可直接將貨物送至家門口，以非接觸方式完成運送，同時結合遠端採礦安全監控系統，並將相關解決方案用於自動輔助與緊急制動系統。在技術層面部分，該公司採用905nm波長與CMOS製程開發處理器晶片。

資料來源：工研院產科國際所 ITIS研究團隊(2022/08)

圖4、Velodyne光達發展表現出色

八、結論

   
觀察我國車用感測業者發展狀況，可發現產業鏈正加速成形(見圖5)，上游立體相機/ToF相關影像感測器與鏡頭已有奇景、亞光等業者投入，毫米波雷達則有IC設計大廠聯發科布局多時，光達則有新創公司吉光微投入OPA(光學相位陣列)固態光達與相關模組，紅外線熱像感測則有眾智、神匠創意等公司投入相關產品技術開發，氣體感測器則有晶電、眾智光電等業者投入。

中游車用監控模組部分則有啟碁、為昇、同致(勝麗)、光寶…等相關業者積極布局相關解決方案，搭配下游裕隆的整車及鴻海集團、華創…等次系統廠商形成下游完整支援體系。

資料來源：工研院產科國際所 ITIS研究團隊(2022/08)

圖5、我國車載感測產業鏈加速成形

綜上所述，可以得知在各國政府積極透過法規導入下，將使車載移動感測市場更具體化並帶動應用成長動能逐步加溫，加上各類車用感知融合技術的快速整合，也可望使各項ADAS次系統的發展更加成熟穩定，而新興感測技術(如4D成像雷達)的興起，也將讓下游次系統業者有了更多的科技選項，且除車載移動感測方案外，未來市場也將進一步拓展至工業、物流、公共場域監控探勘領域，並帶動整體市場值由2022年的69億美元成長至2024年的89億美元。

(本文作者為工研院產科國際所執行產業技術基磐研究與知識服務計畫產業分析師)