cmos圖像傳感器應(yīng)用：CMOS圖像傳感器科普

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來源：轉(zhuǎn)載自公眾號(hào)「馭勢(shì)資本」，謝謝
1873年，科學(xué)家約瑟·美(Joseph May)及偉洛比·史密夫(WilloughbySmith)就發(fā)現(xiàn)了硒元素結(jié)晶體感光后能產(chǎn)生電流，由此，電子影像發(fā)展開始，隨著技術(shù)演進(jìn)，圖像傳感器性能逐步提升。
1.20世紀(jì)50年代——光學(xué)倍增管(Photo Multiplier Tube，簡(jiǎn)稱PMT)出現(xiàn)。
2.1965年-1970年，IBM、Fairchild等企業(yè)開發(fā)光電以及雙極二極管陣列。
3.1970年，CCD圖像傳感器在Bell實(shí)驗(yàn)室發(fā)明，依靠其高量子效率、高靈敏度、低暗電流、高一致性、低噪音等性能，成為圖像傳感器市場(chǎng)的主導(dǎo)。
4.90年代末，步入CMOS時(shí)代。
圖像傳感器的歷史沿革——PMT
1.光電倍增管（簡(jiǎn)稱光電倍增管或PMT），真空光電管的一種。工作原理是：由光電效應(yīng)引起，在PMT入射窗處撞擊光電陰極的光子產(chǎn)生電子，然后由高壓場(chǎng)加速，并在二次加工過程中在倍增電極鏈中倍增發(fā)射。
2.光電倍增管是一種極其靈敏的光檢測(cè)器，可探測(cè)電磁波譜紫外，可見和近紅外范圍內(nèi)光源，提供與光強(qiáng)度成比例的電流輸出，廣泛應(yīng)用于驗(yàn)血，醫(yī)學(xué)成像，電影膠片掃描（電視電影），雷達(dá)干擾和高端圖像掃描儀鼓掃描儀中。
圖像傳感器的歷史沿革——CCD
1.數(shù)字成像始于1969年，由Willard Boyle和George E. Smith于AT＆T貝爾實(shí)驗(yàn)室發(fā)明。
2.最初致力于內(nèi)存→“充電'氣泡'設(shè)備”，可以被用作移位寄存器和區(qū)域成像設(shè)備。
3.CCD是電子設(shè)備，CCD在硅芯片（IC）中進(jìn)行光信號(hào)與電信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn)數(shù)字化，并存儲(chǔ) 為計(jì)算機(jī)上的圖像文件。
4.2009年， Willard Boyle和George E. Smith獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng)。
國際空間站使用CCD相機(jī)
1.1997年，卡西尼國際空間站使用CCD相機(jī)（廣角和窄角）
2.美國宇航局局長(zhǎng)丹尼爾戈?duì)柖》Q贊CCD相機(jī)“更快，更好，更便宜”；聲稱在未來的航天器上減少質(zhì)量，功率，成本，都需要小型化相機(jī)。而電子集成便是小型化的良好途徑，而基于MOS的圖像傳感器便擁有無源像素和有源像素（3T）的配置。
圖像傳感器的歷史沿革——CMOS圖像傳感器
1.CMOS圖像傳感器使得“芯片相機(jī)”成為可能，相機(jī)小型化趨勢(shì)明顯。
2.2007年，Siimpel AF相機(jī)模型的出現(xiàn)標(biāo)志著相機(jī)小型化重大突破。
3.芯片相機(jī)的崛起為多個(gè)領(lǐng)域（車載，軍工航天、醫(yī)療、工業(yè)制造、移動(dòng)攝影、安防）等領(lǐng)域的技術(shù)創(chuàng)新提供了新機(jī)遇。
CMOS圖像傳感器走向商業(yè)化
1.1995年2月，Photobit公司成立，將CMOS圖像傳感器技術(shù)實(shí)現(xiàn)商業(yè)化。
2.1995-2001年間，Photobit增長(zhǎng)到約135人，主要包括：私營(yíng)企業(yè)自籌資金的定制設(shè)計(jì)合同、SBIR計(jì)劃的重要支持（NASA/DoD）、戰(zhàn)略業(yè)務(wù)合作伙伴的投資，這期間共提交了100多項(xiàng)新專利申請(qǐng)。
3.CMOS圖像傳感器經(jīng)商業(yè)化后，發(fā)展迅猛，應(yīng)用前景廣闊，逐步取代CCD成為新潮流。
CMOS圖像傳感器的廣泛應(yīng)用
2001年11月，Photobit被美光科技公司收購并獲得許可回歸加州理工學(xué)院。與此同時(shí)，到2001年，已有數(shù)十家競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手嶄露頭角，例如Toshiba，STMicro，Omnivision，CMOS圖像傳感器業(yè)務(wù)部分歸功于早期的努力促進(jìn)技術(shù)成果轉(zhuǎn)化。后來，索尼和三星分別成為了現(xiàn)在全球市場(chǎng)排名第一，第二。后來，Micron剝離了Aptina，Aptina被ON Semi收購，目前排名第4。CMOS傳感器逐漸成為攝影領(lǐng)域主流，并廣泛應(yīng)用于多種場(chǎng)合。
CMOS圖像傳感器發(fā)展歷程70年代：Fairchild
80年代：Hitachi
80年代初期：Sony
1971年：發(fā)明FDA&CDS技術(shù)
80年中葉：在消費(fèi)市場(chǎng)上實(shí)現(xiàn)重大突破；
1990年：NHK/Olympus,放大MOS成像儀(AMI)，即CIS1993年：JPL,CMOS有源像素傳感器，1998年：?jiǎn)涡酒鄼C(jī)，2005年后：CMOS圖像傳感器成為主流。
CMOS圖像傳感器技術(shù)簡(jiǎn)介
CMOS圖像傳感器CMOS圖像傳感器（CIS）是模擬電路和數(shù)字電路的集成。主要由四個(gè)組件構(gòu)成：微透鏡、彩色濾光片 （CF）、光電二極管（PD）、像素設(shè)計(jì)。
1.微透鏡：具有球形表面和網(wǎng)狀透鏡；光通過微透鏡時(shí)，CIS的非活性部分負(fù)責(zé)將光收集起來并將其聚焦到彩色濾光片。
2.彩色濾光片（CF）：拆分反射光中的紅、綠、藍(lán) （RGB）成分，并通過感光元件形成拜爾陣列濾鏡。
3.光電二極管（PD）：作為光電轉(zhuǎn)換器件，捕捉光并轉(zhuǎn)換成電流；一般采用PIN二極管或PN結(jié)器件制成。
4.像素設(shè)計(jì)：通過CIS上裝配的有源像素傳感器(APS)實(shí)現(xiàn)。APS常由3至6個(gè)晶體管構(gòu)成，可從大型電容陣列中獲得或緩沖像素，并在像素內(nèi)部將光電流轉(zhuǎn)換成電壓，具有較完美的靈敏度水平和的噪聲指標(biāo)。
Bayer陣列濾鏡與像素1.感光元件上的每個(gè)方塊代表一個(gè)像素塊，上方附著著一層彩色濾光片（CF），CF拆分完反射光中的RGB成分后，通過感光元件形成拜爾陣列濾鏡。經(jīng)典的Bayer陣列是以2x2共四格分散RGB的方式成像，Quad Bayer陣列擴(kuò)大到了4x4，并且以2x2的方式將RGB相鄰排列。
2.像素，即亮光或暗光條件下的像素點(diǎn)數(shù)量，是數(shù)碼顯示的基本單位，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)抽象的取樣，我們用彩色方塊來表示。
3.圖示像素用R（紅）G（綠）B（藍(lán)）三原色填充，每個(gè)小像素塊的長(zhǎng)度指的是像素尺寸，圖示尺寸為0.8μm。
Bayer陣列濾鏡與像素濾鏡上每個(gè)小方塊與感光元件的像素塊對(duì)應(yīng)，也就是在每個(gè)像素前覆蓋了一個(gè)特定的顏色濾鏡。比如紅色濾鏡塊，只允許紅色光線投到感光元件上，那么對(duì)應(yīng)的這個(gè)像素塊就只反映紅色光線的信息。隨后還需要后期色彩還原去猜色，最后形成一張完整的彩色照片。感光元件→Bayer濾鏡→色彩還原，這一整套流程，就叫做Bayer陣列。
前照式（FSI）與背照式（BSI）早期的CIS采用的是前面照度技術(shù)FSI（FRONT-SIDE ILLUMINATED），拜爾陣列濾鏡與光電二極管（PD）間夾雜著金屬（鋁，銅）區(qū)，大量金屬連線的存在對(duì)進(jìn)入傳感器表面的光線存在較大的干擾，阻礙了相當(dāng)一部分光線進(jìn)入到下一層的光電二極管（PD），信噪比較低。技術(shù)改進(jìn)后，在背面照度技術(shù)BSI（FRONT-SIDE ILLUMINATED）的結(jié)構(gòu)下，金屬（鋁，銅）區(qū)轉(zhuǎn)移到光電二極管（PD）的背面，意味著經(jīng)拜爾陣列濾鏡收集的光線不再眾多金屬連線阻擋，光線得以直接進(jìn)入光電二極管；BSI不僅可大幅度提高信噪比，且可配合更復(fù)雜、更大規(guī)模電路來提升傳感器讀取速度。
CIS參數(shù)——幀率幀率（frame rate）：以幀為單位的位圖圖像連續(xù)出現(xiàn)在顯示器上的頻率，即每秒能顯示多少張圖片。而想要實(shí)現(xiàn)高像素CIS的設(shè)計(jì)，很重要的一點(diǎn)就是Analog電路設(shè)計(jì)，像素上去了，沒有匹配的高速讀出和處理電路，便無辦法以高幀率輸出出來。
索尼早于2007年chuan'gan發(fā)布了首款Exmor傳感器。Exmor傳感器在每列像素下方布有獨(dú)立的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器，這意味著在CIS芯片上即可完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，有效減少了噪聲，大大提高了讀取速度，也簡(jiǎn)化了PCB設(shè)計(jì)。
CMOS圖像傳感器的應(yīng)用
CMOS圖像傳感器全球市場(chǎng)規(guī)模
2017年為CMOS圖像傳感器高增長(zhǎng)點(diǎn)，同比增長(zhǎng)達(dá)到20%。2018年，全球CIS市場(chǎng)規(guī)模155億美元，預(yù)計(jì)2019年同比增長(zhǎng)10%，達(dá)到170億美元。
目前，CIS市場(chǎng)正處于穩(wěn)定增長(zhǎng)期，預(yù)計(jì)2024年市場(chǎng)逐漸飽和，市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到240億美元。
CIS應(yīng)用——車載領(lǐng)域1.車載領(lǐng)域的CIS應(yīng)用包括：后視攝像(RVC)，全方位視圖系統(tǒng)(SVS)，攝像機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)（CMS），F(xiàn)V/MV，DMS/IMS系統(tǒng)。2.汽車圖像傳感器全球銷量呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)。
3.后視攝像(RVC)是銷量主力軍，呈穩(wěn)定增長(zhǎng)趨勢(shì)，2016年全球銷量為5100萬臺(tái)，2018年為6000萬臺(tái)，2019年預(yù)計(jì)達(dá)到6500萬臺(tái)。
4.FV/MV全球銷量增長(zhǎng)迅速，2016年為1000萬臺(tái)，2018年為3000萬臺(tái)，此后，預(yù)計(jì)FV/MV將依舊保持迅速增長(zhǎng)趨勢(shì)，預(yù)計(jì)2019年銷量可達(dá)4000萬臺(tái)，2021可達(dá)7500萬臺(tái)，直逼RVC全球銷量。
車載領(lǐng)域——HDR技術(shù)方法1.HDR解決方案，即高動(dòng)態(tài)范圍成像，是用來實(shí)現(xiàn)比普通數(shù)位圖像技術(shù)更大曝光動(dòng)態(tài)范圍。
2.時(shí)間復(fù)用。相同的像素陣列通過使用多個(gè)卷簾（交錯(cuò)HDR）來描繪多個(gè)邊框。好處：HDR方案是與傳統(tǒng)傳感 器兼容的最簡(jiǎn)單的像素技術(shù)。缺點(diǎn)：不同時(shí)間發(fā)生的捕獲導(dǎo)致產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)偽影。
3.空間復(fù)用。單個(gè)像素陣列幀被分解為多個(gè)，通過不同的方法捕獲：1.像素或行級(jí)別的獨(dú)立曝光控制。優(yōu)點(diǎn)：?jiǎn)螏械倪\(yùn)動(dòng)偽影比交錯(cuò)的運(yùn)動(dòng)偽影少。缺點(diǎn)：分辨率損失，且運(yùn)動(dòng)偽影仍然存在邊緣。2.每個(gè)像素共用同一微透鏡的多個(gè)光電二極管。優(yōu)點(diǎn)：在單個(gè)多捕獲幀中沒有運(yùn)動(dòng)偽影；缺點(diǎn)：從等效像素區(qū)域降低靈敏度。
4.非常大的全井產(chǎn)能。
車載領(lǐng)域——閃變抑制技術(shù)1.多個(gè)集成周期（時(shí)間多路傳輸）。在每個(gè)整合期內(nèi)對(duì)光電二極管充電進(jìn)行多次進(jìn)行采樣，樣品光電二極管比LED源頻率更高。
2.多個(gè)光電二極管（空間多路復(fù)用）。使用較大的光電二極管捕捉較低的輕松的場(chǎng)景；使用較小的不靈敏光電二極管在整個(gè)幀時(shí)間內(nèi)集成（減輕LED閃爍）。
3.每個(gè)像素由兩個(gè)光電二極管構(gòu)成。其中包含一個(gè)大的靈敏光電二極管和一個(gè)小的不靈敏光電二極管，小型不靈敏光電二極管可在整幀中合并，從而減輕LED閃爍。優(yōu)勢(shì)在于有出色的閃變抑制、計(jì)算復(fù)雜度低；劣勢(shì)在于更大更復(fù)雜的像素架構(gòu)、更復(fù)雜的讀數(shù)和電路定時(shí)、大型光電二極管和小型光電二極管和之間的光譜靈敏度不匹配。
車載領(lǐng)域——陣列攝像機(jī)1.陣列攝像機(jī)是一種新興的攝像機(jī)技術(shù)，是指紅外燈的內(nèi)核為L(zhǎng)ED IR Array的高效長(zhǎng)壽的紅外夜視設(shè)備，可能是可行的LED檢測(cè)解決方案。
2.用于LED檢測(cè)的低靈敏度攝像頭可以實(shí)現(xiàn)圖像融合的組合輸出，并能夠?qū)崿F(xiàn)單獨(dú)輸出，或同時(shí)輸出。主要優(yōu)勢(shì)在于亮度高、體積小、壽命長(zhǎng)，效率高，光線勻。
3.目前，陣列攝像機(jī)還面臨著諸多挑戰(zhàn)。首先，汽車光學(xué)對(duì)準(zhǔn)誤差難以保持溫度范圍；其次，圖像融合面向應(yīng)用和復(fù)雜的計(jì)算；最后，高靈敏度和低靈敏度圖像之間難以融合.
車載領(lǐng)域——機(jī)器視覺傳感器技術(shù)趨勢(shì)全局快門。CMOS傳感器有兩種快門方式，卷簾快門和全局快門。卷簾快門通過對(duì)每列像素使用A/D來提高讀取速度，每列像素?cái)?shù)量可達(dá)數(shù)千。任何一個(gè)轉(zhuǎn)換器數(shù)字化的像素總數(shù)顯著減少，從而縮短了讀取時(shí)間，提高了幀速率。但整個(gè)傳感器陣列仍必須轉(zhuǎn)換為一個(gè)一次排，這導(dǎo)致每行讀出之間的時(shí)間延遲很小。和機(jī)械式焦平面快門一樣，卷簾快門對(duì)高速運(yùn)動(dòng)的物體會(huì)產(chǎn)生明顯的變形。而且因?yàn)槠鋻呙杷俣缺葯C(jī)械式焦平面快門慢，變形會(huì)更加明顯；全局快門則大大改善了應(yīng)用于高度運(yùn)動(dòng)對(duì)象時(shí)的變形問題。
改進(jìn)的近紅外（NIR）響應(yīng)、高靈敏度濾色片陣列（RCCB）、數(shù)據(jù)加密處理、更高的幀速率、集成傳感和 處理、3D成像。
CIS應(yīng)用——手機(jī)領(lǐng)域
盡管2019智能手機(jī)銷量低迷，手機(jī)圖像傳感器的銷售也可實(shí)現(xiàn)約20％的增長(zhǎng)。
隨著多鏡頭相機(jī)變得越來越普及，以及傳感器尺寸的增加。未來所有智能手機(jī)制造商都會(huì)發(fā)布具有比以往更具價(jià)值的傳感器型號(hào)。
手機(jī)領(lǐng)域——手機(jī)攝像頭發(fā)展史主攝像頭：第一部拍照手機(jī)——智能手機(jī)——雙攝/多攝：2000年，夏普首次推出可拍照的手機(jī)；隨后智能手機(jī)時(shí)代到來，主攝像頭素質(zhì)不斷提升；目前，雙攝/多攝已成為主流。
前置攝像頭：自拍——3D-sensing：前置攝像頭素質(zhì)同步提升，目前越來越多廠商加入人臉識(shí)別功能。
手機(jī)領(lǐng)域——手機(jī)攝像模組攝像模組構(gòu)成:CMOS——決定照片質(zhì)量的關(guān)鍵因素
手機(jī)領(lǐng)域——主攝像素升級(jí)
手機(jī)領(lǐng)域——CMOS迭代升級(jí)
1.隨著技術(shù)的發(fā)展，越來越多的手機(jī)開始注重拍照的硬件升級(jí)。攝像頭和CMOS成為了產(chǎn)品突出差異性的賣點(diǎn)之一。拋開鏡頭差異，成像質(zhì)量與CMOS大小成正比，主攝像素提升推動(dòng)CMOS迭代升級(jí)。
2.隨著技術(shù)的發(fā)展，手機(jī)的CMOS也在日益增大，1/1.7英寸級(jí)的CMOS如今成為手機(jī)攝像頭傳感器的新選擇。而更多手機(jī)也用上了1/2.3英寸級(jí)的傳感器。
3.作為手機(jī)CMOS最大的上游供應(yīng)商，也研發(fā)出了堆棧結(jié)構(gòu)的CMOS。它在傳統(tǒng)的感光層與底部電路之間增加了一層DRAM動(dòng)態(tài)存儲(chǔ)器，從而讓感光元件具備短時(shí)間拍攝大數(shù)據(jù)量影像的能力。
手機(jī)領(lǐng)域——光學(xué)變焦趨勢(shì)手機(jī)攝像頭過去以像素升級(jí)為主；受CMOS尺寸限制，手機(jī)攝像開始注重變焦能力。
變焦有光學(xué)變焦與數(shù)碼變焦兩種。光學(xué)變焦通過光學(xué)原理調(diào)整焦距，成像畫質(zhì)無損。數(shù)碼變焦就是通過軟件算法來放大/縮小，通過插值計(jì)算，成像有損，有較多噪點(diǎn)。為了進(jìn)一步提升手機(jī)成像素質(zhì)，注重變焦能力；而傳統(tǒng)專業(yè)相機(jī)的光學(xué)系統(tǒng)無法移植到手機(jī)上。手機(jī)變焦往往會(huì)采用“雙攝變焦”，采用兩個(gè)定焦鏡頭，利用其物理焦距的不同，實(shí)現(xiàn)變焦效果；顯然，單攝已經(jīng)無法滿足對(duì)光學(xué)變焦的需求了。
手機(jī)領(lǐng)域——第四個(gè)攝像頭：3D-sensing目前主流的3D深度攝像主流有兩種種方案：結(jié)構(gòu)光、TOF。iPhone采用前者，華為采用后置。
結(jié)構(gòu)光（Structured Light）：結(jié)構(gòu)光投射特定的光信息到物體表面后，由攝像頭采集。根據(jù)物體造成的光信號(hào)的變化來計(jì)算物體的位置和深度等信息，進(jìn)而復(fù)原整個(gè)三維空間。
TOF（Time Of Flight）：TOF系統(tǒng)是一種光雷達(dá)系統(tǒng)，可從發(fā)射極向?qū)ο蟀l(fā)射光脈沖，接收器則可通過計(jì)算光脈沖從發(fā)射器到對(duì)象，再以像素格式返回到接收器的運(yùn)行時(shí)間來確定被測(cè)量對(duì)象的距離。
手機(jī)領(lǐng)域——手機(jī)攝像模組數(shù)量
單只手機(jī)攝像模組需求量增加從傳統(tǒng)的單攝，到雙攝市場(chǎng)滲透率逐漸成為市場(chǎng)主流，再到三攝、全隱藏式攝像頭、3D攝像頭的創(chuàng)新式開拓，單只手機(jī)攝像模組的需求看漲。
iPhone X、小米8、OPPO FIND X、三星Galaxy S9+單 只攝像模組需求量均為4,；此外，華為P20 Pro和Mate20  Pro均配備5組攝像模組。
手機(jī)領(lǐng)域——多攝帶動(dòng)CMOS用量提升根據(jù)Yole的統(tǒng)計(jì)顯示，平均每部智能手機(jī)CMOS圖像傳感器數(shù)量在2024年將達(dá)到3.4個(gè)，年復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)到6.2%。
手機(jī)攝像頭數(shù)量增加，CIS出貨量成倍增長(zhǎng)。為了提高照相畫質(zhì)，手機(jī)引入了雙攝、甚至三攝、四攝。
安防領(lǐng)域——視頻監(jiān)視技術(shù)發(fā)展歷程閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展歷程：錄像帶錄像機(jī)（VCR）→數(shù)字視頻錄像機(jī)（DVR）→網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機(jī)（NVR）。視頻監(jiān)控系統(tǒng)越來越復(fù)雜，性能也不斷升級(jí)。
安防領(lǐng)域——當(dāng)前監(jiān)控?cái)z像機(jī)類型高清攝像頭中使用的圖像傳感器對(duì)分辨率的要求較高，在60幀/秒等高幀率下能夠?qū)崿F(xiàn)720P或1080P的清晰度。寬動(dòng)態(tài)范圍攝像機(jī)的芯片上集成寬動(dòng)態(tài)范圍攝像技術(shù)以及圖像處理技術(shù)，能在極暗和極亮環(huán)境下拍攝。
3D立體攝像級(jí)具有在動(dòng)態(tài)光環(huán)境中保持追蹤精度的能力，可與視頻分析技術(shù)配合使用。
3D立體攝像級(jí)具有在動(dòng)態(tài)光環(huán)境中保持追蹤精度的能力，可與視頻分析技術(shù)配合使用。
安防領(lǐng)域——紅外線攝像技術(shù)紅外線攝像技術(shù)分為被動(dòng)和主動(dòng)兩種類型。
被動(dòng)型：拍攝對(duì)象自身發(fā)射紅外光被攝像機(jī)接受以成像。這類設(shè)備昂貴并且對(duì)周圍環(huán)境不能良好反映，所以在夜視系統(tǒng)中基本不采用。
主動(dòng)型：配置有紅外燈主動(dòng)向外發(fā)射紅外輻射，使紅外攝像機(jī)接收反射回來的紅外光，增強(qiáng)夜視能力。目前紅外攝像機(jī)基本都配置LED紅外發(fā)光二級(jí)管。
主動(dòng)型紅外攝像機(jī)包含攝像機(jī)、防護(hù)罩、紅外燈、供電散熱單元。它貼切的名稱為紅外線增強(qiáng)攝像機(jī)。感光元件的頻譜足夠?qū)挄r(shí)能對(duì)紅外線到可見光的連續(xù)譜產(chǎn)生感應(yīng)，形成包括紅外線在內(nèi)的光敏感。在普通可見光強(qiáng)下，寬范圍感光元件增加了紅外頻段，在弱光條件下，也能獲得清楚的圖像。
安防領(lǐng)域——紅外光成像紅外線攝影術(shù)以成像為目標(biāo)。伴隨著電子與化學(xué)科技的進(jìn) 展，紅外線攝像技術(shù)逐漸演化出三個(gè)方向。
1.近紅外線底片：感應(yīng)范圍為波長(zhǎng)700nm～900nm。在成像乳劑中加入特殊染料，利用光化學(xué)反應(yīng)，使這一波域的光變化轉(zhuǎn)為化學(xué)變化從而形成影像。
2.近紅外線電子感光材料：感應(yīng)范圍為波長(zhǎng)700nm～2,000nm。利用含硅化合物晶體的光電反應(yīng)形成電子信號(hào)， 進(jìn)過進(jìn)一步處產(chǎn)生影像。
3.中、遠(yuǎn)紅外線線感應(yīng)材料：感應(yīng)范圍為波長(zhǎng)3,000nm～14,000nm。需要 使用冷卻技術(shù)和特殊的光學(xué)感應(yīng)器， 加工處理形成電子影像。
安防領(lǐng)域——全球市場(chǎng)規(guī)模全球紅外攝像機(jī)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模在2017年近30億美元，其中商用攝像機(jī)市場(chǎng)規(guī)模20億美元，軍用攝像機(jī)市場(chǎng)規(guī)模10億美元。預(yù)計(jì)2016-2022年商用領(lǐng)域紅外攝像機(jī)市場(chǎng)規(guī)模年均復(fù)合增長(zhǎng)率為5.6%，軍用領(lǐng)域的年均復(fù)合增長(zhǎng)率為 8.8%。2022年市場(chǎng)總規(guī)模將近43億美元。全球安防攝像機(jī)市場(chǎng)銷量在2015年約28萬件，其中監(jiān)視攝像機(jī)約8萬件，安保系統(tǒng)攝像機(jī)約20萬個(gè)。預(yù)計(jì)到2021年安防攝像機(jī)市場(chǎng)銷量約64萬件，其中監(jiān)視攝像機(jī)約22萬件，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為18%，安保系統(tǒng)攝像機(jī)約42萬個(gè)，年均復(fù)合增長(zhǎng)率約13%。
圖像傳感器應(yīng)用——醫(yī)療影像與其他具有更高產(chǎn)量和更高成本敏感性的市場(chǎng)相比，圖像傳感器在醫(yī)療影像市場(chǎng)應(yīng)用有其鮮明的特點(diǎn)：其封裝步驟通常由設(shè)備制造商控制。
圖像傳感器技術(shù)正逐漸在行業(yè)中創(chuàng)造顛覆性力量，從2014年開始，市場(chǎng)發(fā)展迅速，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇：韓國和中國出現(xiàn)更多新參與者，成為現(xiàn)有大型企業(yè)的潛在障礙，行業(yè)完全整合的可能性降低。圖像傳感器在醫(yī)療影像市場(chǎng)具有多元應(yīng)用場(chǎng)景：X-ray、內(nèi)窺鏡、分子成像、光學(xué)相干斷層掃描以及超聲成像。
醫(yī)療影像——市場(chǎng)規(guī)模醫(yī)療成像設(shè)備行業(yè)是一個(gè)巨大的350億美元的市場(chǎng)，2016-2022年預(yù)計(jì)復(fù)合年增長(zhǎng)率達(dá)5.5％。
2016年，醫(yī)療傳感器市場(chǎng)規(guī)模3.5億美元，預(yù)計(jì)2016-2022年復(fù)合增長(zhǎng)率8.3％，到2022年將達(dá)6億美元。根據(jù)應(yīng)用技術(shù)不同，醫(yī)療圖像傳感器可分為CCD， CIS，a-Si FPD（非晶硅薄膜晶體管平面探測(cè)器），a-Se FPD（非晶硒薄膜晶體管平板探測(cè)器），SiPM（硅光電倍增管）、cMUT（電容微機(jī)械超聲換能器）和pMUT（壓電微機(jī)械超聲換能器）。
醫(yī)療影像——市場(chǎng)規(guī)模CMOS傳感器憑借其在通過更小的像素尺寸獲得更高分辨率、降低噪聲水平和暗電流以及低成本方面的優(yōu)越性在醫(yī)療影像領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，未來市場(chǎng)看漲。
CCD市場(chǎng)保持穩(wěn)定。醫(yī)用a-Si FPD因其簡(jiǎn)單性和大面板內(nèi)置能力仍應(yīng)用廣泛；SiPM專用于分子成像；cMUT用于超聲成像，可提供更高分辨率，更高速度和實(shí)時(shí)3D成像。醫(yī)療影像——產(chǎn)業(yè)鏈目前，CMOS圖像傳感器主要應(yīng)用于X-Ray以及內(nèi)窺鏡領(lǐng)域。
CIS醫(yī)療影像應(yīng)用——X-RayX射線成像的第一次應(yīng)用是在醫(yī)療領(lǐng)域，由Wilhelm于1895年完成。如今，X射線成像技術(shù)應(yīng)用已拓展到工業(yè)無損檢測(cè)（NDT）以及安全領(lǐng)域。但醫(yī)療市場(chǎng)仍是X-Ray射線成像的主力應(yīng)用場(chǎng)景。
X-Ray探測(cè)設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模
2018年X射線探測(cè)設(shè)備市場(chǎng)價(jià)值20億美元，預(yù)計(jì)2018-2024年復(fù)合年增長(zhǎng)率5.9％，2024年達(dá)到28億美元。
2018年，醫(yī)療領(lǐng)域市值達(dá)14.8億美元，占比約74%，預(yù)計(jì)2017-2024年復(fù)合增長(zhǎng)率4.5%，2024年市值達(dá)19億美元。目前，X射線成像幾乎完全基于半導(dǎo)體技術(shù)。使用非晶硅（aSi）和CMOS的平板探測(cè)器占據(jù)了市場(chǎng)的最大份額，其次是硅光電二極管陣列探測(cè)器。預(yù)計(jì)銦鎵鋅氧化物（IGZO）平板將于2021年進(jìn)入市場(chǎng)，直接與aSi和CMOS競(jìng)爭(zhēng)，但CMOS仍然是主流應(yīng)用。
2018年，以CMOS X-Ray成像設(shè)備市場(chǎng)收入2.45億美元，預(yù)計(jì)2024年將增長(zhǎng)到5.1億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率13%。
CIS醫(yī)療市場(chǎng)應(yīng)用——內(nèi)窺鏡內(nèi)窺鏡檢查不但能以最少的傷害，達(dá)成觀察人體內(nèi)部器官的目的，也能切取組織樣本以供切片檢查，或取出體內(nèi)的異物。二十世紀(jì)末微創(chuàng)手術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步促進(jìn)了內(nèi)窺鏡的應(yīng)用。普通電子內(nèi)窺鏡：將微型圖像傳感器在內(nèi)窺鏡頂部代替光學(xué)鏡頭，通過電纜或光纖傳輸圖像信息。電子內(nèi)窺鏡與光纖內(nèi)窺鏡類似，有角度調(diào)節(jié)旋鈕、充氣及沖水孔、鉗道孔、吸引孔和活檢孔等。
CMOS電子內(nèi)窺鏡：照明光源通過濾色片，變成單色光，單色光通過導(dǎo)光纖維直達(dá)電子內(nèi)窺鏡前部，再通過照明鏡頭照在受檢體的器官粘膜。器官粘膜反射光信號(hào)至非球面鏡頭，形成受檢部位的光圖像，CMOS圖像傳感器接收光圖像，將其轉(zhuǎn)換成電信號(hào)，再由信號(hào)線傳至視頻處理系統(tǒng)，經(jīng)過去噪、儲(chǔ)存和再生，顯示在監(jiān)控屏幕上。CMOS電子內(nèi)窺鏡可得到高清晰度圖像，無視野黑點(diǎn)弊端，易于獲得病變觀察區(qū)信息。CIS模塊的小型化是其應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備的關(guān)鍵，特別是對(duì)于較小的柔性視頻內(nèi)窺鏡。如喉鏡，支氣管鏡，關(guān)節(jié)鏡，膀胱鏡，尿道鏡和宮腔鏡。
小直徑視頻內(nèi)窺鏡發(fā)展歷程背面照明（BSI）技術(shù)成功地提高了CIS模塊的靈敏度，使得更小像素成為可能。
新開發(fā)的圖像傳感器封裝（如硅通孔（TSV）技術(shù)）可最大限度地減少CIS模塊所需的占位面積。
微電子器件微裝配的進(jìn)步也促進(jìn)了CIS的小型化。
索尼圖像傳感器發(fā)展歷程
發(fā)展CIS以來，索尼相繼開發(fā)出背照式CIS，推出2層/3層堆疊技術(shù)，從數(shù)碼相機(jī)市場(chǎng)切入手機(jī)傳感器市場(chǎng)，搶占市場(chǎng)份額。
索尼圖像傳感器索尼將CCD推向世界后，一直在不斷創(chuàng)新圖像傳感器。索尼公司正在推動(dòng)小型高性能圖像傳感器的進(jìn)一步發(fā)展：高靈敏度背光CMOS圖像傳感器和堆疊式CMOS圖像傳感器。索尼的圖像傳感器有助于提高全球數(shù)碼相機(jī)的吸引力。索尼圖像傳感器應(yīng)用在相機(jī)，移動(dòng)終端，自動(dòng)駕駛，安防，工業(yè)領(lǐng)域等多個(gè)領(lǐng)域。索尼Exmor——柱并聯(lián)A/D轉(zhuǎn)換電路Exmor是索尼2007年推出的一項(xiàng)新技術(shù)，用于片上模擬到數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換，即由傳統(tǒng)的外置ADC升級(jí)為內(nèi)置ADC。
外置ADC傳感器傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，每列像素產(chǎn)生的信號(hào)先通過降噪電路，匯聚后再通過外部總線傳輸?shù)絾蝹€(gè)或數(shù)個(gè)ADC之中。而Exmor每列像素都內(nèi)置一個(gè)ADC，數(shù)量多，且可在低頻下運(yùn)行，可有效減少噪聲，并實(shí)現(xiàn)高速提取。此外，內(nèi)置ADC使得Exmor輸出的數(shù)字信號(hào)，抗干擾性強(qiáng)，更易于長(zhǎng)距離布線。IMX035是此系列推出的首款產(chǎn)品。
索尼Exmor R——背照式CIS2008年，索尼推出Exmor R系列，采用BIS（背照式）設(shè)計(jì)，是第一款推出該技術(shù)的傳感器。FIS（FRONT-SIDE ILLUMINATED，前照式）結(jié)構(gòu)下，Bayer陣列濾鏡與光電二極管（Photo-diode）之間存在大量金屬連線，阻隔了大量光線進(jìn)入感光層。而在BIS結(jié)構(gòu)下，金屬連線被轉(zhuǎn)移到光電二極管（Photodiode）的背面，光線不再被阻擋，信噪比大幅度提高，而且可以采用更復(fù)雜、更大規(guī)模電路來提升傳感器讀取速度。索尼Exmor RS——CIS堆棧技術(shù)二堆疊：2012年，索尼推出Exmor RS系列，該系列采用堆疊式結(jié)構(gòu)（Stacked Structure）。BIS結(jié)構(gòu)下，Bayer陣列周圍依然存在大量電路，而此堆疊式結(jié)構(gòu)通過TSV（Through Silicon Via,硅通孔）技術(shù)連接到另一張芯片，實(shí)現(xiàn)將信號(hào)處理電路疊放于像素區(qū)下方。
三堆疊：2017年2月，索尼宣布推出業(yè)內(nèi)首個(gè)配備DRAM的三層堆疊式CIS，可在失真度最小化的情況下高速讀取靜態(tài)圖片，支持在全高清模式下拍攝幀率最大為1000fps的慢動(dòng)作視頻。新款CIS在傳統(tǒng)兩層堆疊結(jié)構(gòu)中間新加入DRAM層，用于緩存、讀取、處理圖像信息；此外，為了實(shí)現(xiàn)高速讀取，用于將模擬視頻信號(hào)從像素轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的電路已經(jīng)從2層結(jié)構(gòu)倍增到4層結(jié)構(gòu)。
索尼——相機(jī)端CISSLVS-EC是索尼與2018年開發(fā)的串行總線，單個(gè)通道帶寬較高。但I(xiàn)MX410未采用堆棧技術(shù)，像素也不高。索尼半導(dǎo)體再?zèng)]有提供高像素的全幅CIS，甚至取消了36MP的IMX-094，鑒于Z7、S1R存在，索尼半導(dǎo)體高像素全幅CIS可能改為定制提供。
索尼——相機(jī)端CIS應(yīng)用介質(zhì)格式傳統(tǒng)上指靜物攝影中的膠片格式以及使用膠片的相關(guān)照相機(jī)和設(shè)備。包括6x4.5厘米（有時(shí)介質(zhì)格式稱為“64格式”），6x6、6x7、6x8、6x12、6x17cm…在數(shù)字?jǐn)z影中，介質(zhì)格式是指根據(jù)介質(zhì)格式膠片攝影使用而改編的照相機(jī)，或者是指使用大于35mm膠片框的傳感器的照相機(jī)。此外，我們還發(fā)布了3.4（44x33毫米）和4.2（53x40毫米）型圖像傳感器，像素為100M或150M。
360度高質(zhì)量成像主要產(chǎn)品為IMX533，9M像素，像素尺寸為3.76μm。索尼——移動(dòng)端CISHDR解決方案有時(shí)間多路傳輸交錯(cuò)HDR方案及空間多路復(fù)用交錯(cuò)HDR方案。當(dāng)不同的捕獲時(shí)刻對(duì)象處于不同的位置時(shí)，時(shí)間復(fù)用交錯(cuò)HDR方案首次了解由于場(chǎng)景中的運(yùn)動(dòng)而產(chǎn)生的運(yùn)動(dòng)偽影（重影）。圖像偽影的存在是因?yàn)槊總€(gè)捕獲對(duì)象的分辨率的降低。而具有拆分像素（多個(gè)像素，每個(gè)像素即光電二極管分享同樣的東西）可以減輕偽影的影響。索尼——移動(dòng)端CIS應(yīng)用穩(wěn)定相機(jī)震動(dòng)。高靈敏度傳感器和短曝光時(shí)間是防止相機(jī)抖動(dòng)和穩(wěn)定圖像的有效方法。背面照明傳感器比正面照明傳感器具有更高靈敏度。同樣，在相同像素結(jié)構(gòu)下具有更大的光學(xué)尺寸。
索尼CMOS圖像傳感器配備了標(biāo)準(zhǔn)的2x2平均模式，相當(dāng)于比像素大四倍的像素大小，有助于在分辨率（圖像大小）降低到1/4時(shí)防止相機(jī)抖動(dòng)。高速視頻。隨著CIS像素?cái)?shù)和速度的增加，高速視頻拍攝成為現(xiàn)實(shí)。在拍攝快速移動(dòng)物體時(shí)，需要降低幀速率和曝光時(shí)間以避免運(yùn)動(dòng)模糊。索尼通過4個(gè)像素的計(jì)算處理將其高靈敏度的BI技術(shù)將信噪比提高了兩倍，使其能夠以四倍的速度拍攝。
索尼的800萬像素產(chǎn)品能夠以180 fps（720p高清圖像）或240 fps（960x540（Quaterhd）圖像）輕松拍攝高速電影。適用產(chǎn)品：IMX219PQ

cmos圖像傳感器應(yīng)用：圖像傳感器

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圖像傳感器
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圖像傳感器是利用光電器件的光電轉(zhuǎn)換功能將感光面上的光像轉(zhuǎn)換為與光像成相應(yīng)比例關(guān)系的電信號(hào)。與光敏二極管，光敏三極管等“點(diǎn)”光源的光敏元件相比，圖像傳感器是將其受光面上的光像，分成許多小單元，將其轉(zhuǎn)換成可用的電信號(hào)的一種功能器件。圖像傳感器分為光導(dǎo)攝像管和固態(tài)圖像傳感器。與光導(dǎo)攝像管相比，固態(tài)圖像傳感器具有體積小、重量輕、集成度高、分辨率高、功耗低、壽命長(zhǎng)、價(jià)格低等特點(diǎn)。因此在各個(gè)行業(yè)得到了廣泛應(yīng)用。
[1]
中文名
圖像傳感器
外文名
image sensor
別    名
感光元件
分    類
CCD，CMOS
定    義
組成數(shù)字?jǐn)z像頭的重要組成部分
目錄
1
CCD
?
應(yīng)用
?
歷史
?
特點(diǎn)
2
CMOS
?
特點(diǎn)
?
歷史
?
市場(chǎng)
?
發(fā)展
3
技術(shù)參數(shù)
4
發(fā)展現(xiàn)狀
圖像傳感器CCD
編輯
語音
CCD是應(yīng)用在攝影攝像方面的高端技術(shù)元件，CMOS則應(yīng)用于較低影像品質(zhì)的產(chǎn)品中，它的優(yōu)點(diǎn)是制造成本較CCD更低，功耗也低得多，這也是市場(chǎng)很多采用USB接口的產(chǎn)品無須外接電源且價(jià)格便宜的原因。盡管在技術(shù)上有較大的不同，但CCD和CMOS兩者性能差距不是很大，只是CMOS攝像頭對(duì)光源的要求要高一些，但該問題已經(jīng)基本得到解決。CCD元件的尺寸多為1/3英寸或者1/4英寸，在相同的分辨率下，宜選擇元件尺寸較大的為好。圖像傳感器又叫感光元件。
圖像傳感器應(yīng)用
CMOS圖像傳感器
圖像傳感器
[2]
，或稱感光元件，是一種將光學(xué)圖像轉(zhuǎn)換成電子信號(hào)的設(shè)備，它被廣泛地應(yīng)用在數(shù)碼相機(jī)和其他電子光學(xué)設(shè)備中。早期的圖像傳感器采用模擬信號(hào)，如攝像管（video camera tube）。隨著數(shù)碼技術(shù)、半導(dǎo)體制造技術(shù)以及網(wǎng)絡(luò)的迅速發(fā)展，市場(chǎng)和業(yè)界都面臨著跨越各平臺(tái)的視訊、影音、通訊大整合時(shí)代的到來，勾劃著未來人類的日常生活的美景。以其在日常生活中的應(yīng)用，無疑要屬數(shù)碼相機(jī)產(chǎn)品，其發(fā)展速度可以用日新月異來形容。短短的幾年，數(shù)碼相機(jī)就由幾十萬像素，發(fā)展到400、500萬像素甚至更高。不僅在發(fā)達(dá)的歐美國家，數(shù)碼相機(jī)已經(jīng)占有很大的市場(chǎng)，就是在發(fā)展中的中國，數(shù)碼相機(jī)的市場(chǎng)也在以驚人的速度在增長(zhǎng)，因此，其關(guān)鍵零部件——圖像傳感器產(chǎn)品就成為當(dāng)前以及未來業(yè)界關(guān)注的對(duì)象，吸引著眾多廠商投入。以產(chǎn)品類別區(qū)分，圖像傳感器產(chǎn)品主要分為CCD、CMOS以及CIS傳感器三種。本文將主要簡(jiǎn)介CCD以及CMOS傳感器的技術(shù)和產(chǎn)業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。
圖像傳感器歷史
感光器件是工業(yè)攝像機(jī)最為核心的部件，圖像傳感器有CMOS和CCD兩種。CCD特有的工藝，具有低照度效果好、信噪比高、通透感強(qiáng)、色彩還原能力佳等優(yōu)點(diǎn)，在交通、醫(yī)療等高端領(lǐng)域中廣泛應(yīng)用。由于其成像方面的優(yōu)勢(shì)，在很長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)還會(huì)延續(xù)采用，但同時(shí)由于其成本高、功耗大也制約了其市場(chǎng)發(fā)展的空間。CCD與CMOS在不同的應(yīng)用場(chǎng)景下各有優(yōu)勢(shì)，但隨著CMOS工藝和技術(shù)的不斷提升，以及高端CMOS價(jià)格的不斷下降，相信在安防行業(yè)高清攝像機(jī)未來的發(fā)展中，CMOS將占據(jù)越來越重要的地位。
CCD（Charged Coupled Device）于1969年在貝爾試驗(yàn)室研制成功，之后由日商等公司開始量產(chǎn)，其發(fā)展歷程已經(jīng)將近30多。CCD又可分為線型（Linear）與面型（Area）兩種，其中線型應(yīng)用于影像掃瞄器及傳真機(jī)上，而面型主要應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)（DSC）、攝錄影機(jī)、監(jiān)視攝影機(jī)等多項(xiàng)影像輸入產(chǎn)品上。
圖像傳感器特點(diǎn)
一般認(rèn)為，CCD傳感器有以下優(yōu)點(diǎn)：高解析度（High Resolution）：像點(diǎn)的大小為μm級(jí)，可感測(cè)及識(shí)別精細(xì)物體，提高影像品質(zhì)。從1寸、1/2寸、2/3寸、1/4寸到推出的1/9寸，像素?cái)?shù)目從10多萬增加到400～500萬像素；低雜訊（Low Noise）高敏感度：CCD具有很低的讀出雜訊和暗電流雜訊，因此提高了信噪比（SNR），同時(shí)又具高敏感度，很低光度的入射光也能偵測(cè)到，其訊號(hào)不會(huì)被掩蓋，使CCD的應(yīng)用較不受天候拘束；動(dòng)態(tài)范圍廣（High Dynamic Range）：同時(shí)偵測(cè)及分辨強(qiáng)光和弱光，提高系統(tǒng)環(huán)境的使用范圍，不因亮度差異大而造成信號(hào)反差現(xiàn)象。良好的線性特性曲線（Linearity）：入射光源強(qiáng)度和輸出訊號(hào)大小成良好的正比關(guān)系，物體資訊不致?lián)p失，降低信號(hào)補(bǔ)償處理成本；高光子轉(zhuǎn)換效率（High Quantum Efficiency ）：很微弱的入射光照射都能被記錄下來，若配合影像增強(qiáng)管及投光器，即使在暗夜遠(yuǎn)處的景物仍然還可以偵測(cè)得到；大面積感光（Large Field of View）：利用半導(dǎo)體技術(shù)已可制造大面積的CCD晶片，與傳統(tǒng)底片尺寸相當(dāng)?shù)?5mm的CCD已經(jīng)開始應(yīng)用在數(shù)碼相機(jī)中，成為取代專業(yè)有利光學(xué)相機(jī)的關(guān)鍵元件；光譜響應(yīng)廣（Broad Spectral Response）：能檢測(cè)很寬波長(zhǎng)范圍的光，增加系統(tǒng)使用彈性，擴(kuò)大系統(tǒng)應(yīng)用領(lǐng)域；低影像失真（Low Image Distortion）：使用CCD感測(cè)器，其影像處理不會(huì)有失真的情形，使原物體資訊忠實(shí)地反應(yīng)出來；體積小、重量輕CCD具備體積小且重量輕的特性，因此，可容易地裝置在人造衛(wèi)星及各式導(dǎo)航系統(tǒng)上；低秏電力不受強(qiáng)電磁場(chǎng)影響；9.　電荷傳輸效率佳：該效率系數(shù)影響信噪比、解像率，若電荷傳輸效率不佳，影像將變較模糊；10.　可大批量生產(chǎn)，品質(zhì)穩(wěn)定，堅(jiān)固，不易老化，使用方便及保養(yǎng)容易。根據(jù)In-Stat在2001時(shí)對(duì)全球圖像傳感器的研究報(bào)告中指出，CCD產(chǎn)業(yè)前七大廠商皆為日系廠商，占了全球98.5%的市場(chǎng)份額，在技術(shù)發(fā)展方面，較有特色的主要廠商應(yīng)為索尼、飛利普和柯達(dá)公司。
圖像傳感器CMOS
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圖像傳感器特點(diǎn)
CMOS傳感器采用一般半導(dǎo)體電路最常用的CMOS工藝，具有集成度高、功耗小、速度快、成本低等特點(diǎn)，最近幾年在寬動(dòng)態(tài)、低照度方面發(fā)展迅速。CMOS即互補(bǔ)性金屬氧化物半導(dǎo)體，主要是利用硅和鍺兩種元素所做成的半導(dǎo)體，通過CMOS上帶負(fù)電和帶正電的晶體管來實(shí)現(xiàn)基本的功能。這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片記錄和解讀成影像。在模擬攝像機(jī)以及標(biāo)清網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)中，CCD的使用最為廣泛，長(zhǎng)期以來都在市場(chǎng)上占有主導(dǎo)地位。CCD的特點(diǎn)是靈敏度高，但響應(yīng)速度較低，不適用于高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)采用的高分辨率逐行掃描方式，因此進(jìn)入高清監(jiān)控時(shí)代以后，CMOS逐漸被人們所認(rèn)識(shí)，高清監(jiān)控?cái)z像機(jī)普遍采用CMOS感光器件。CMOS針對(duì)CCD最主要的優(yōu)勢(shì)就是非常省電。不像由二級(jí)管組成的CCD，CMOS電路幾乎沒有靜態(tài)電量消耗。這就使得CMOS的耗電量只有普通CCD的1/3左右，CMOS重要問題是在處理快速變換的影像時(shí)，由于電流變換過于頻繁而過熱，暗電流抑制的好就問題不大，如果抑制的不好就十分容易出現(xiàn)噪點(diǎn)。已經(jīng)研發(fā)出720P與1080P專用的背照式CMOS器件，其靈敏度性能已經(jīng)與CCD接近。與表面照射型CMOS傳感器相比，背照式CMOS在靈敏度（S/N）上具有很大優(yōu)勢(shì)，顯著提高低光照條件下的拍攝效果，因此在低照度環(huán)境下拍攝，能夠大幅降低噪點(diǎn)。雖然以CMOS技術(shù)為基礎(chǔ)的百萬像素?cái)z像機(jī)產(chǎn)品在低照度環(huán)境和信噪處理方面存在不足，但這并不會(huì)根本上影響它的應(yīng)用前景。而且相關(guān)國際大企業(yè)正在加大力度解決這兩個(gè)問題，相信在不久的將來，CMOS的效果會(huì)越來越接近CCD的效果，并且CMOS設(shè)備的價(jià)格會(huì)低于CCD設(shè)備。安防行業(yè)使用CMOS多于CCD已經(jīng)成為不爭(zhēng)的事實(shí)，盡管相同尺寸的CCD傳感器分辨率優(yōu)于CMOS傳感器，但如果不考慮尺寸限制，CMOS在量率上的優(yōu)勢(shì)可以有效克服大尺寸感光原件制造的困難，這樣CMOS在更高分辨率下將更有優(yōu)勢(shì)。另外，CMOS響應(yīng)速度比CCD快，因此更適合高清監(jiān)控的大數(shù)據(jù)量特點(diǎn)。
圖像傳感器歷史
與CCD相比，CMOS具有體積小，耗電量不到CCD的1/10，售價(jià)也比CCD便宜1/3的優(yōu)點(diǎn)。與CCD產(chǎn)品相比，CMOS是標(biāo)準(zhǔn)工藝制程，可利用現(xiàn)有的半導(dǎo)體設(shè)備，不需額外的投資設(shè)備，且品質(zhì)可隨著半導(dǎo)體技術(shù)的提升而進(jìn)步。同時(shí)，全球晶圓廠的CMOS生產(chǎn)線較多，日后量產(chǎn)時(shí)也有利于成本的降低。另外，CMOS傳感器的最大優(yōu)勢(shì)，是它具有高度系統(tǒng)整合的條件。理論上，所有圖像傳感器所需的功能，例如垂直位移、水平位移暫存器、時(shí)序控制、CDS、ADC…等，都可放在集成在一顆晶片上，甚至于所有的晶片包括后端晶片（Back-end Chip）、快閃記憶體（Flash RAM）等也可整合成單晶片（SYSTEM-ON-CHIP），以達(dá)到降低整機(jī)生產(chǎn)成本的目的。正因?yàn)榇耍度胙邪l(fā)、生產(chǎn)的廠商較多，美國有30多家，歐洲7家，日本約8家，韓國1家，臺(tái)灣有8家。而居全球翹楚地位的廠商是Agilent(HP)，其市場(chǎng)占有率51%、ST(VLSI Vision)占16%、Omni Vision占13%、現(xiàn)代占8%、Photobit約占5%，這五家合計(jì)市占率達(dá)93%。根據(jù)In-Stat統(tǒng)計(jì)資料顯示，CMOS傳感器的全球銷售額到2004年可望突破18億美元，CMOS將以62%的年復(fù)合成長(zhǎng)率快速成長(zhǎng)，逐步侵占CCD器件的應(yīng)用領(lǐng)域。特別是在2013年快速發(fā)展的手機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域中，以CMOS圖像傳感器為主的攝相模塊將占領(lǐng)其80%以上的應(yīng)用市場(chǎng)。
圖像傳感器市場(chǎng)
CMOS圖像傳感器屬于新興產(chǎn)品市場(chǎng)，其市場(chǎng)占有率變化不如成熟產(chǎn)業(yè)那般恒常不變，例如在1999年時(shí)，CMOS市場(chǎng)中，按照出貨比例排名依序?yàn)锳gilent、OmniVision、STM和Hyundai，其市場(chǎng)占有率分別為24%、22%、14%和14%，其中STM是歐洲廠商，Hyundai是韓國廠商；但只經(jīng)過一年后的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，Agilent和OmniVision出貨排名順序仍然分居一、二，且市場(chǎng)占有率分別提升到37.7%和30.8%，而STM落居第四，市場(chǎng)占有率大幅滑落至4.8%，至于Hyundai更是大幅衰退只剩2.1%的市場(chǎng)占有率，值得一提的是Photobi在2000年度的大幅成長(zhǎng)，全球市場(chǎng)占有率快速成長(zhǎng)至13.7%，排名全球第三。這三家廠商出貨量就占全球出貨量的82.2%。從中可以分析，這個(gè)產(chǎn)業(yè)的廠商集中度相當(dāng)密集，所以觀察上述三家廠商的動(dòng)態(tài)和發(fā)展，可看出許產(chǎn)業(yè)和技術(shù)未來發(fā)展方向。Agilent主要的產(chǎn)品為第二代的CIF（352*288）HDCS-1020和第二代的VGA（640*480）HDCS-2020，主要應(yīng)用在數(shù)碼相機(jī) 、行動(dòng)電話、PDA、PC Camera等新興的資訊家電產(chǎn)品之中，此外Agilent在2000年另一成功策略是和Logitech與Microsoft這兩家公司策略聯(lián)盟，打入了光學(xué)鼠標(biāo)產(chǎn)品領(lǐng)域，但是這是非常低階的CMOS產(chǎn)品，而且不是為了捕捉影像 ，所以在做影像感測(cè)器的全球統(tǒng)計(jì)時(shí)并未將此數(shù)量一并加入，但是此舉可看出Agilent以CMOS技術(shù)為基礎(chǔ)進(jìn)軍光學(xué)元件的規(guī)劃意圖。OmniVision它主要的產(chǎn)品包括︰CIF（352 x 288）、VGA（640 x 480）、SVGA（800 x 600）和SXGA（1280 x 1024）。Omnivision開發(fā)的130萬像素等級(jí)的CMOS圖像傳感器正在被業(yè)界大量應(yīng)用在數(shù)碼相機(jī)中。業(yè)界一般認(rèn)為，百萬像素為使用CMOS和CCD的分水嶺，CMOS成功跨進(jìn)這一市場(chǎng)，足以說明CMOS技術(shù)發(fā)展對(duì)市場(chǎng)的滲透度，未來可能將取代CCD成為中低檔影像產(chǎn)品的不留應(yīng)用。Omnivision在2001年5月開發(fā)的CIF(352 x 288)等級(jí)的CMOS傳感器，其特色為低秏電，目標(biāo)市場(chǎng)定位在移動(dòng)電話上，其產(chǎn)品發(fā)展策略和各大研究調(diào)查機(jī)構(gòu)不謀而合，在移動(dòng)電話市場(chǎng)上，CMOS模組的攝相模塊已經(jīng)成為移動(dòng)通訊應(yīng)用的最大量產(chǎn)品。Photobit在2000年獲得較大成功。2001年P(guān)hotobit率先研發(fā)出PB-0330產(chǎn)品型號(hào)的CMOS圖像傳感器，此產(chǎn)品特色具備單一晶片邏輯轉(zhuǎn)數(shù)位的變頻器，它是第二代1/4寸的VGA（640 x 480），同時(shí)也推出PB-0111產(chǎn)品型號(hào)的CMOS影像感測(cè)器，是第二代1/5寸的CIF（352 x 288）。Photobit推出這兩種產(chǎn)品主要針對(duì)數(shù)碼相機(jī)和PC Camera的數(shù)位化產(chǎn)品，和OmniVision CIF（352 x 288）定位在行動(dòng)電話市場(chǎng)上有所區(qū)隔，其推出CIF（352 x 288）和VGA（640 x 480）這兩種不同解析程度的影像感測(cè)器，行銷范圍意圖含蓋低階和中高階市場(chǎng)。
圖像傳感器發(fā)展
2013年業(yè)界發(fā)展了CMOS圖像傳感器新技術(shù)--C3D。C3D技術(shù)的最大特點(diǎn)就是像素反應(yīng)的均一性。C3D技術(shù)重新定義了成像器的性能（即把系統(tǒng)的整體性能包括在內(nèi)）并提高了CMOS圖像傳感器在均一性和暗電流方面的標(biāo)準(zhǔn)性能。2014年初，美國Foveon公司公開展示了其最新發(fā)展的Foveon X3技術(shù)，立即引起業(yè)界的高度關(guān)注。Foveon X3是全球第一款可以在一個(gè)像素上捕捉全部色彩的圖像傳感器陣列。傳統(tǒng)的光電耦合器件只能感應(yīng)光線強(qiáng)度，不能感應(yīng)色彩信息，需要通過濾色鏡來感應(yīng)色彩信息，我們稱之為Bayer濾鏡。而Foveon X3在一個(gè)像素上通過不同的深度來感應(yīng)色彩，最表面一層感應(yīng)藍(lán)色、第二層可以感應(yīng)綠色，第三層感應(yīng)紅色。它是根據(jù)硅對(duì)不同波長(zhǎng)光線的吸收效應(yīng)來達(dá)到一個(gè)像素感應(yīng)全部色彩信息，已經(jīng)有了使用這種技術(shù)的CMOS圖像傳感器，其應(yīng)用產(chǎn)品是“Sigma SD9”數(shù)碼相機(jī)。這項(xiàng)革新技術(shù)可以提供更加銳利的圖像，更好的色彩，比起以前的圖像傳感器，X3是第一款通過內(nèi)置硅光電傳感器來檢測(cè)色彩的。Foveon X3的技術(shù)對(duì)于傳統(tǒng)半導(dǎo)體感光技術(shù)來說有很大的突破，也有顛覆傳統(tǒng)技術(shù)的效果，相信Foveon X3會(huì)有很好的前景。在高分辨率像素產(chǎn)品方面，日前臺(tái)灣銳視科技已領(lǐng)先業(yè)界批量推出了210萬像素的CMOS圖像傳感器，而且已有美商與臺(tái)灣的光學(xué)鏡頭廠合作，將在第三季推出此款CMOS傳感器結(jié)合鏡頭的模組，CMOS應(yīng)用已經(jīng)開始在200萬像素?cái)?shù)碼相機(jī)產(chǎn)品中應(yīng)用。對(duì)比CCD提供很好的圖像質(zhì)量、抗噪能力和相機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)的靈活性。盡管由于增加了外部電路使得系統(tǒng)的尺寸變大，復(fù)雜性提高，但在電路設(shè)計(jì)時(shí)可更加靈活，可以盡可能的提升CCD相機(jī)的某些特別關(guān)注的性能。CCD更適合于對(duì)相機(jī)性能要求非常高而對(duì)成本控制不太嚴(yán)格的應(yīng)用領(lǐng)域，如天文，高清晰度的醫(yī)療X光影像、和其他需要長(zhǎng)時(shí)間曝光，對(duì)圖像噪聲要求嚴(yán)格的科學(xué)應(yīng)用。CMOS是能應(yīng)用當(dāng)代大規(guī)模半導(dǎo)體集成電路生產(chǎn)工藝來生產(chǎn)的圖像傳感器，具有成品率高、集成度高、功耗小、價(jià)格低等特點(diǎn)。CMOS技術(shù)是世界上許多圖像傳感器半導(dǎo)體研發(fā)企業(yè)試圖用來替代CCD的技術(shù)。經(jīng)過多年的努力，作為圖像傳感器，CMOS已經(jīng)克服早期的許多缺點(diǎn)，發(fā)展到了在圖像品質(zhì)方面可以與CCD技術(shù)較量的水平。CMOS的水平使它們更適合應(yīng)用于要求空間小、體積小、功耗低而對(duì)圖像噪聲和質(zhì)量要求不是特別高的場(chǎng)合。如大部分有輔助光照明的工業(yè)檢測(cè)應(yīng)用、安防保安應(yīng)用、和大多數(shù)消費(fèi)型商業(yè)數(shù)碼相機(jī)應(yīng)用。
圖像傳感器技術(shù)參數(shù)
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了解CCD和CMOS芯片的成像原理和主要參數(shù)對(duì)于產(chǎn)品的選型時(shí)非常重要的。同樣，相同的芯片經(jīng)過不同的設(shè)計(jì)制造出的相機(jī)性能也可能有所差別。CCD和CMOS的主要參數(shù)有以下幾個(gè)：1. 像元尺寸像元尺寸指芯片像元陣列上每個(gè)像元的實(shí)際物理尺寸，通常的尺寸包括14um,10um, 9um , 7um , 6.45um ,3.75um 等。像元尺寸從某種程度上反映了芯片的對(duì)光的響應(yīng)能力，像元尺寸越小，能夠接收到的光子數(shù)量越多，在同樣的光照條件和曝光時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生的電荷數(shù)量越多。對(duì)于弱光成像而言，像元尺寸是芯片靈敏度的一種表征。2. 靈敏度靈敏度是芯片的重要參數(shù)之一，它具有兩種物理意義。一種指光器件的光電轉(zhuǎn)換能力，與響應(yīng)率的意義相同。即芯片的靈敏度指在一定光譜范圍內(nèi)，單位曝光量的輸出信號(hào)電壓（電流），單位可以為納安/勒克斯nA/Lux、伏/瓦（V/W）、伏/勒克斯（V/Lux）、伏/流明（V/lm）。另一種是指器件所能傳感的對(duì)地輻射功率（或照度），與探測(cè)率的意義相同，。單位可用瓦（W）或勒克斯（Lux）表示。3. 壞點(diǎn)數(shù)由于受到制造工藝的限制，對(duì)于有幾百萬像素點(diǎn)的傳感器而言，所有的像元都是好的情況幾乎不太可能，壞點(diǎn)數(shù)是指芯片中壞點(diǎn)（不能有效成像的像元或相應(yīng)不一致性大于參數(shù)允許范圍的像元）的數(shù)量，壞點(diǎn)數(shù)是衡量芯片質(zhì)量的重要參數(shù)。4. 光譜響應(yīng)光譜響應(yīng)是指芯片對(duì)于不同光波長(zhǎng)光線的響應(yīng)能力，通常用光譜響應(yīng)曲線給出。從產(chǎn)品的技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)看，無論是CCD還是CMOS，其體積小型化及高像素化仍是業(yè)界積極研發(fā)的目標(biāo)。因?yàn)橄袼爻叽缧t圖像產(chǎn)品的分辨率越高、清晰度越好、體積越小，其應(yīng)用面更廣泛。從上述二種圖像傳感器解析度來看，未來將有幾年時(shí)間，以130萬像素至200萬像素為界，之上的應(yīng)用領(lǐng)域中，將仍以CCD主流，之下的產(chǎn)品中，將開始以CMOS傳感器為主流。業(yè)界分析2014年底至2015初，將有300萬像素的CMOS上市，預(yù)測(cè)CMOS市場(chǎng)應(yīng)用超越CCD的時(shí)機(jī)一般在2004年-2005年。
圖像傳感器發(fā)展現(xiàn)狀
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圖像傳感器的視訊比是給定的，使用高清(HD)分辨率1080p，攝像機(jī)設(shè)計(jì)正朝使用更小的光學(xué)格式發(fā)展，導(dǎo)致需要更小的像素結(jié)構(gòu)，以降低整體系統(tǒng)成本，同時(shí)不影響圖像性能或光靈敏度。CCD圖像傳感器由于靈敏度高、噪聲低，逐步成為圖像傳感器的主流。但由于工藝上的原因，敏感元件和信號(hào)處理電路不能集成在同一芯片上，造成由CCD圖像 傳感器組裝的攝像機(jī)體積大、功耗大。CMOS圖像傳感器以其體積小、功耗低在圖像傳感器市場(chǎng)上獨(dú)樹一幟。但最初市場(chǎng)上的CMOS圖像傳感器，一直沒有擺脫 光照靈敏度低和圖像分辨率低的缺點(diǎn)，圖像質(zhì)量還無法與CCD圖像傳感器相比。如果把CMOS圖像傳感器的光照靈敏度再提高5倍～10 倍，把噪聲進(jìn)一步降低，CMOS圖像傳感器的圖像質(zhì)量就可以達(dá)到或略微超過CCD圖像傳感器的水平，同時(shí)能保持體積小、重量輕、功耗低、集成度高、價(jià)位低 等優(yōu)點(diǎn)，如此，CMOS圖像傳感器就會(huì)取代CCD圖像傳感器，并且發(fā)展出更好的功效。由于CMOS圖像傳感器的應(yīng)用，新一代圖像系統(tǒng)的開發(fā)研制得到了 極大的發(fā)展，并且隨著經(jīng)濟(jì)規(guī)模的形成，其生產(chǎn)成本也得到降低。CMOS圖像傳感器的畫面質(zhì)量也能與CCD圖像傳感器相媲美，這主要?dú)w功于圖像傳感器 芯片設(shè)計(jì)的改進(jìn)，以及亞微米和深亞微米級(jí)設(shè)計(jì)增加了像素內(nèi)部的新功能。實(shí)際上，更確切地說，CMOS圖像傳感器應(yīng)當(dāng)是一個(gè)圖像系統(tǒng)。一 個(gè)典型的CMOS圖像傳感器通常包含：一個(gè)圖像傳感器核心(是將離散信號(hào)電平多路傳輸?shù)揭粋€(gè)單一的輸出，這與CCD圖像傳感器很相似)，所有的時(shí)序邏輯、 單一時(shí)鐘及芯片內(nèi)的可編程功能，比如增益調(diào)節(jié)、積分時(shí)間、窗口和模數(shù)轉(zhuǎn)換器。事實(shí)上，當(dāng)一位設(shè)計(jì)者購買了CMOS圖像傳感器后，他得到的是一個(gè)包括圖像陣 列邏輯寄存器、存儲(chǔ)器、定時(shí)脈沖發(fā)生器和轉(zhuǎn)換器在內(nèi)的全部系統(tǒng)。與傳統(tǒng)的CCD 圖像系統(tǒng)相比，把整個(gè)圖像系統(tǒng)集成在一塊芯片上不僅降低了功耗，而且具有重量較輕，占用空間減少以及總體價(jià)格更低的優(yōu)點(diǎn)。
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小刀馬
IT獨(dú)立觀察家，互聯(lián)網(wǎng)金融觀察家。
手機(jī)雖然沒落了，但在圖像傳感器市場(chǎng)索尼還能獨(dú)占鰲頭
...
2019-08-0929
IT之家
青島軟媒網(wǎng)絡(luò)科技有限公司,優(yōu)質(zhì)數(shù)碼領(lǐng)域創(chuàng)作者
豪威發(fā)布 4000 萬像素智能手機(jī)圖像傳感器 OV40A
IT之家1月8日消息 今日，豪威科技在國際消費(fèi)類電子產(chǎn)品展覽會(huì)之前發(fā)布了 OV40A。這款 4000 萬像素、 1.0 微米像素尺寸的圖像傳感器采用超高增益和降噪技術(shù)，擁有 1/1.7 英寸光學(xué)格式。這款傳感器還提供了多個(gè)高動(dòng)態(tài)范圍（ HDR ）選項(xiàng)，可捕捉靜止圖像和視頻。...
2021-01-080
中國新聞網(wǎng)
中國新聞網(wǎng)官方帳號(hào)
三星電子業(yè)界首發(fā)1億8百萬像素手機(jī)圖像傳感器
中新網(wǎng)8月12日電 手機(jī)拍攝照片，視覺效果比人眼識(shí)別還清晰？三星最新手機(jī)圖像傳感技術(shù)，讓夢(mèng)想照進(jìn)了現(xiàn)實(shí)。近日，三星電子推出手機(jī)圖像傳感器ISOCELL 亮 HMX，像素達(dá)1億8百萬，首次打破了手機(jī)圖像傳感器億級(jí)像素的壁壘。像素?cái)?shù)量業(yè)內(nèi)最高 完美實(shí)現(xiàn)超高清攝影據(jù)悉，ISOCE...
2019-08-120
喵芯聞
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這枚超大底的圖像傳感器究竟有多牛？
2021年3月30日，小米召開了春季新品發(fā)布會(huì)“生生不息”。本次的發(fā)布會(huì)號(hào)稱是“最多新品”的一次發(fā)布會(huì)，因此也吸引了眾多數(shù)碼愛好者的目光。此次新品發(fā)布會(huì)為兩場(chǎng)分兩日進(jìn)行，首日的發(fā)布會(huì)主要介紹了小米11系列的產(chǎn)品，包括小米11 pro、11 Ultra、11 青春版；而第二場(chǎng)...
2021-03-300
精致而蒼老的小豬
游戲領(lǐng)域創(chuàng)作者
[科普]圖像傳感器
圖像傳感器（CIS）是利用光電效應(yīng)（愛因斯坦 1921 年物理諾貝爾獎(jiǎng)得獎(jiǎng)作品）的機(jī)制，入射光進(jìn)入物質(zhì)之后轉(zhuǎn)換成 電子-電洞對(duì)、進(jìn)而轉(zhuǎn)為數(shù)字化電壓的器件。 它的前身是電荷藕合組件（CCD），但是 CIS 出現(xiàn)后，由于生產(chǎn)成本大幅降低，CIS 已經(jīng)占有絕大部分的應(yīng)用及市場(chǎng)。C...
2021-04-220
參考資料
1.

祝詩平．傳感器與檢測(cè)技術(shù)：北京大學(xué)出版社，中國林業(yè)出版社，2006年：209
2.

圖像傳感器最新新聞資訊
．OFweek傳感器網(wǎng)[引用日期2016-07-21]
3.

圖像傳感器的發(fā)展及應(yīng)用現(xiàn)狀
．傳感器應(yīng)用網(wǎng)[引用日期2016-05-24]

cmos圖像傳感器應(yīng)用：就算你的PCB布局很完美，我說改你就得改，因?yàn)槲沂羌追?/h2>

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，繼2019年CMOS圖像傳感器市場(chǎng)持續(xù)火爆之后，一些不可預(yù)見的全新挑戰(zhàn)正在悄然來臨。CMOS圖像傳感器是智能手機(jī)和其它產(chǎn)品拍照功能的核心傳感器，但現(xiàn)在正面臨著像素間距縮小相關(guān)的工藝難題。與所有芯片產(chǎn)業(yè)一樣，在新冠病毒疫情爆發(fā)期間，CMOS圖像傳感器的增長(zhǎng)步伐也將有所放緩。
CMOS圖像傳感器制造的工藝問題
CMOS圖像傳感器采用8英寸和12英寸晶圓代工廠的成熟工藝制程，用于手機(jī)、汽車、消費(fèi)電子產(chǎn)品、工業(yè)和醫(yī)療系統(tǒng)、安防攝像頭。配置雙攝像頭和多攝像頭的智能手機(jī)已是司空見慣，每個(gè)攝像頭均需要集成一顆CMOS圖像傳感器將光轉(zhuǎn)換為電信號(hào)以創(chuàng)建圖像。
CMOS圖像傳感器外觀示意圖
智能手機(jī)搭載的CMOS圖像傳感器數(shù)量還將增加，為攝像頭賦予高分辨率和豐富的功能。例如，三星最新款5G智能手機(jī)搭載了五個(gè)攝像頭，其中一個(gè)是基于1.08億像素（108MP）CMOS圖像傳感器的后置廣角攝像頭。這相當(dāng)于要在如此小尺寸的芯片上集成超過1億的像素。根據(jù)TechInsights介紹，其用于自拍的前置攝像頭集成了一顆4800萬像素的CMOS圖像傳感器，像素間距為0.7m，號(hào)稱全球像素間距最小的CMOS圖像傳感器。CMOS圖像傳感器上集成了許多微小的光敏像素。像素間距指從一個(gè)像素中心到另一個(gè)像素中心的距離，以微米（m）為單位。并非所有手機(jī)都需要配備最先進(jìn)的CMOS圖像傳感器，也并非所有消費(fèi)者都樂于用手機(jī)拍照。但不可否認(rèn)，消費(fèi)者對(duì)更多成像功能的追求不會(huì)停止。UMC（聯(lián)華電子）營(yíng)銷技術(shù)總監(jiān)David Hideo Uriu表示，“從3G到4G，再到現(xiàn)在的5G，要求更高的帶寬數(shù)據(jù)性能，也帶動(dòng)了對(duì)高質(zhì)量攝像頭需求的增長(zhǎng)。除此以外，對(duì)更高像素和更佳分辨率的追求，都推動(dòng)了CMOS圖像傳感器的市場(chǎng)熱潮。智能手機(jī)在紅外和近紅外光譜的生物識(shí)別、3D傳感、增強(qiáng)人類視覺等應(yīng)用也逐漸得到關(guān)注。”CMOS圖像傳感器廠商仍面臨一些挑戰(zhàn)。多年來，他們一直在為減小像素間距而努力。這樣，圖像傳感器的像素越多，分辨率也越高。但是，隨著像素間距尺寸與光的波長(zhǎng)越來越接近，像素縮小變得越來越困難。豪威科技（OmniVision）工藝工程副總裁Lindsay Grant表示：“現(xiàn)在研發(fā)團(tuán)隊(duì)必須找到新方法來避免靈敏度降低和傳感器的串?dāng)_增加。”另一種趨勢(shì)是CMOS圖像傳感器的像素大小保持不變，改進(jìn)方向從減少像素尺寸轉(zhuǎn)向提高圖像質(zhì)量。這個(gè)趨勢(shì)與用戶對(duì)更大手機(jī)屏幕、更佳拍照性能的需求一致，CMOS圖像傳感器的芯片尺寸則隨之增加。盡管如此，圖像傳感器廠商已經(jīng)找到了解決某些挑戰(zhàn)的方法。如：（1）采用新工藝：高K薄膜和其它制造技術(shù)。（2）芯片堆疊和互連技術(shù)，將兩顆不同功能的芯片堆疊起來并不是什么新鮮事。但是新的互連方案，例如像素與像素互連（pixel-to-pixel）工藝還處于開發(fā)階段。
圖像傳感器市場(chǎng)動(dòng)態(tài)
圖像傳感器主要分為兩種：CMOS圖像傳感器（CIS）和電荷耦合器件（CCD）。CCD是電流驅(qū)動(dòng)器件，主要用于數(shù)碼相機(jī)和各種高端應(yīng)用。CMOS圖像傳感器則有所不同。據(jù)東電電子（TEL）官網(wǎng)信息：“CMOS圖像傳感器的每個(gè)像素都有一個(gè)光電二極管和一個(gè)CMOS晶體管開關(guān)，實(shí)現(xiàn)每個(gè)像素信號(hào)的放大。”針對(duì)各種應(yīng)用，CMOS圖像傳感器的格式、幀率、像素尺寸和分辨率也各有不同。圖像傳感器分為全局快門（Global Shutter）和卷簾快門（Rolling Shutter）。例如，豪威科技最近推出的0.8m 6400萬像素圖像傳感器，實(shí)現(xiàn)1/1.7英寸格式。該傳感器可提供靜態(tài)圖像捕獲和4K視頻性能，配備2x2微透鏡相位檢測(cè)自動(dòng)（PHAF）對(duì)焦功能，可提高自動(dòng)對(duì)焦精度，以每秒15幀（15fps）輸出6400萬像素畫面。CMOS圖像傳感器廠商可分為兩個(gè)陣營(yíng)：無晶圓廠（fabless）和IDM。IDM擁有自己的晶圓廠，而fabless公司則委托晶圓代工廠制造。無論哪種方式，在晶圓上完成圖像傳感器芯片后，都需要將其切割并進(jìn)行封裝。根據(jù)Yole稱，約有65%的圖像傳感器采用12英寸晶圓。“對(duì)安防、醫(yī)療和汽車等眾多應(yīng)用來講，8英寸晶圓的CMOS圖像傳感器工藝制程仍然重要。”Lam Research（泛林半導(dǎo)體）戰(zhàn)略營(yíng)銷部的總經(jīng)理David Haynes說。索尼（Sony）是CMOS圖像傳感器廠商的霸主，其次是三星（Samsung）和豪威科技。根據(jù)IC Insights透露，其它重要廠商包括夏普（Sharp）、安森美（ON Semi）、意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics）、格科微（GalaxyCore）、海力士（SK Hynix）、松下（Panasonic）和佳能（Canon）。根據(jù)IC Insights的數(shù)據(jù)，2019年CMOS圖像傳感器市場(chǎng)規(guī)模達(dá)到184億美元，相比2018年增長(zhǎng)30%。“我們預(yù)測(cè)2020年CMOS圖像傳感器市場(chǎng)規(guī)模將出現(xiàn)負(fù)增長(zhǎng)（下降3%），最終的市場(chǎng)規(guī)模約178億美元。受新冠疫情影響，手機(jī)和其它系統(tǒng)對(duì)CMOS圖像傳感器的需求下降，市場(chǎng)規(guī)模持續(xù)增長(zhǎng)的曲線將出現(xiàn)拐點(diǎn)。”IC Insights的分析師Rob Lineback這樣預(yù)測(cè)。
智能手機(jī)是CMOS圖像傳感器的主要市場(chǎng)。2018年平均每部手機(jī)有2.5個(gè)攝像頭。“2019年，平均每部智能手機(jī)的攝像頭數(shù)量已增加到2.8個(gè)。我們看到，到2020年，每部智能手機(jī)將配備三個(gè)攝像頭。”Yole分析師Guillaume Girardin說。不同智能手機(jī)廠商對(duì)攝像頭配置策略也不同。例如，蘋果iPhone 11 Pro后置三攝配置為：1200萬像素廣角 + 1200萬像素長(zhǎng)焦 + 1200像素超廣角。三星的5G手機(jī)配置了五個(gè)攝像頭，包括四個(gè)后置攝像頭和一個(gè)前置攝像頭，其中一個(gè)為ToF攝像頭，用于手勢(shì)識(shí)別和3D物體識(shí)別。攝像頭的高分辨率不一定等同于能拍出更好的照片。“這是像素尺寸和分辨率之間的博弈，”Girardin說，“像素減小意味著有更多像素。當(dāng)分辨率超過4000萬像素和5000萬像素時(shí)，捕獲細(xì)節(jié)的能力可能會(huì)超過肉眼。對(duì)于CMOS圖像傳感器來講，擁有更高的量子效率（QE）和信噪比的像素才是決定圖像質(zhì)量?jī)?yōu)劣最重要的要素。”未來，雖然智能手機(jī)無法取代專業(yè)攝影師的數(shù)碼單反相機(jī)。但顯然，智能手機(jī)提供了比以往更多的功能。維易科（Veeco）產(chǎn)品營(yíng)銷高級(jí)經(jīng)理Ronald Arif表示：“5G能帶來更多帶寬和潛在的應(yīng)用，例如體育賽事的8K流媒體現(xiàn)場(chǎng)直播，實(shí)時(shí)AR（增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)）、VR（虛擬現(xiàn)實(shí)）、MR（混合現(xiàn)實(shí)）游戲，這對(duì)手機(jī)用戶的吸引力是無窮的。最新5G手機(jī)中的攝像頭更加先進(jìn)，整合了VCSEL的3D傳感功能，可用于自動(dòng)對(duì)焦或任何場(chǎng)所（如客廳）的3D投影映射（3D mapping）。可以想象，深度映射功能、5G與先進(jìn)攝像頭的組合會(huì)帶來豐富的新應(yīng)用（app），例如游戲、實(shí)時(shí)流媒體、遠(yuǎn)程學(xué)習(xí)和視頻會(huì)議。”近紅外（NIR）圖像傳感器是CMOS圖像傳感器廠商正在交付的創(chuàng)新產(chǎn)品。近紅外圖像傳感器可以探測(cè)到物體可見光譜之外的波長(zhǎng)，專為在昏暗或黑暗環(huán)境中工作的應(yīng)用而設(shè)計(jì)。豪威科技最新推出的近紅外技術(shù)Nyxel 2，使不可見的940nm近紅外光譜內(nèi)量子效率提高25%，而在幾乎不可見的850nm近紅外波長(zhǎng)處的量子效率提高17%。索尼和Prophesee共同開發(fā)了基于事件的視覺傳感器。這類傳感器主要面向機(jī)器視覺應(yīng)用，可在各種環(huán)境中探測(cè)到快速移動(dòng)的物體。
像素尺寸縮小競(jìng)賽
幾年前，CMOS圖像傳感器廠商之間所謂的像素縮小競(jìng)賽就已拉開帷幕。這里專指“像素間距”，即傳感器中像素之間的距離。目標(biāo)是（并且仍然是）在給定時(shí)間內(nèi)減小每一代產(chǎn)品的像素間距。較高的像素密度等于更高的分辨率，但并非所有傳感器都需要較小的間距。幾年前，CMOS圖像傳感器的像素間距為7m。CMOS圖像傳感器廠商一直在致力于減小像素間距，但問題層出不窮。CMOS圖像傳感器的結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。頂層為微透鏡陣列，下一層是綠色、紅色和藍(lán)色陣列的彩色濾光片，接著是由捕獲光線的光電二極管和其它電路組成的有源像素陣列。
CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)示意圖
有源像素陣列由許多微小的單個(gè)感光像素組成。每個(gè)像素由光電二極管、晶體管和其它元件構(gòu)成，像素大小以微米（m）為單位。像素尺寸越大的圖像傳感器，收集的光越多，信號(hào)越強(qiáng)。但圖像傳感器尺寸較大，會(huì)占用更多的電路板空間。像素尺寸較小的圖像傳感器，收集的光較少，但可以將更多的圖像傳感器封裝在一起，從而提高分辨率。在晶圓代工廠中，圖像傳感器的制造流程有幾種。其中一種簡(jiǎn)單制造流程中，像素陣列已完成。制備流程從對(duì)襯底的正面處理開始。晶圓與載片（carrier）或操作晶圓（handle wafer）鍵合在一起。對(duì)頂層進(jìn)行注入工藝，再進(jìn)行退火。在頂部涂上抗反射涂層，再完成彩色濾光片和微透鏡陣列。在另一種簡(jiǎn)單制造流程中，對(duì)硅襯底表面進(jìn)行注入。在頂部形成擴(kuò)散阱和金屬堆疊層。將晶圓翻轉(zhuǎn)，在背面刻蝕出溝槽，在溝槽的側(cè)壁進(jìn)行隔離氧化層（liner）沉積并填充介電材料。最后在頂部完成濾光片和微透鏡陣列。直到2009年，主流CMOS圖像傳感器均采用前照式（FSI）像素陣列結(jié)構(gòu)。工作時(shí)，光線會(huì)照射到傳感器正面。微透鏡收集光并將其傳輸?shù)讲噬珵V光鏡。光穿過互連的堆疊并被二極管捕獲。電荷在每個(gè)像素處被轉(zhuǎn)換為電壓，所有像素的信號(hào)被收集。多年以來，在CMOS圖像傳感器廠商的努力下，經(jīng)歷了多次迭代，像素間距不斷減小。據(jù)TechInsights稱，2006年像素間距為2.2m，2007年就減小到1.7m。2008年，像素間距為1.4m的FSI結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，再次打破了產(chǎn)業(yè)壁壘。約從2009年開始，CMOS圖像傳感器廠商開始采用一種新的結(jié)構(gòu)：背照式（BSI）。BSI結(jié)構(gòu)將圖像傳感器的光線入射方向從晶圓正面“反轉(zhuǎn)”至背面。當(dāng)光線從硅襯底的背面進(jìn)入，光子經(jīng)過光電二極管的路徑更短，從而提高了量子效率。
前照式（FSI）CMOS圖像傳感器和背照式（BSI）CMOS圖像傳感器結(jié)構(gòu)示意圖
BSI結(jié)構(gòu)可以進(jìn)一步縮小像素尺寸。Lam的Haynes解釋：“像素尺寸在1.2m至1.4m的范圍內(nèi)，BSI技術(shù)可實(shí)現(xiàn)最佳像素尺寸，而堆疊式BSI可使這個(gè)像素尺寸范圍內(nèi)的COMS圖像傳感器的占位面積保持在30平方毫米以下。亞微米尺寸的像素，可以實(shí)現(xiàn)四分之一像素格式，獲得超過4800萬像素的分辨率。”除了BSI技術(shù)，廠商還在對(duì)其它技術(shù)進(jìn)行改進(jìn)。圖像傳感器內(nèi)的光電二極管（捕獲光的關(guān)鍵元件）也在縮小，但會(huì)降低效率。而且二極管靠得更近，會(huì)產(chǎn)生串?dāng)_。在2010年左右，當(dāng)像素間距達(dá)到1.4m時(shí)，CMOS圖像傳感器廠商在制造工藝的創(chuàng)新方向又一次發(fā)生了改變：深溝槽隔離（DTI）。DTI工藝的目標(biāo)是使光電二極管“長(zhǎng)得更高”，從而增加單位面積的容量。為了實(shí)現(xiàn)DTI工藝，廠商依然采用BSI結(jié)構(gòu)，并通過各種工藝增加光電二極管的“高度”，同時(shí)要求增加二極管周圍的硅的厚度。不過，像素尺寸的縮小速度已經(jīng)放緩。曾經(jīng)有一段時(shí)間，CMOS圖像傳感器廠商踩著每年縮小像素尺寸的節(jié)奏前行。但是，據(jù)TechInsights稱，從1.4m（2008年）演進(jìn)到1.12m（2011年），花了三年的時(shí)間，達(dá)到1m（2015年）耗費(fèi)了四年，此后過了三年才達(dá)到0.9m（2018年）。TechInsights分析師Ray Fontaine在近期的博客中談到：“總體來說，我們認(rèn)為DTI和相關(guān)鈍化方案的開發(fā)，是導(dǎo)致1.12m縮小到0.9m進(jìn)程緩慢的主要原因。”最近，廠商已解決了這些問題。像素縮小競(jìng)賽的緊張氣勢(shì)再次燃起。2018年，三星突破了1m的技術(shù)壁壘，達(dá)到0.9m；索尼在2019年達(dá)到0.8m，在2020年又突破了0.7m。對(duì)于亞微米級(jí)像素，CMOS圖像傳感器行業(yè)需要更多的創(chuàng)新。Fontaine在最近的演講中講到“隨著像素的縮小，需要更厚的有源（硅）來保證光電二極管尺寸。厚（硅）是DTI和相關(guān)高K鈍化層的關(guān)鍵技術(shù)。”用高K薄膜制造的圖像傳感器與上述傳統(tǒng)流程基本一致。不同之處在于，高K薄膜是沉積在DTI溝槽的隔離氧化層上面。對(duì)于高K工藝和其它工藝，廠商在晶圓代工廠中采用兩種不同的方法：前DTI（F-DTI）和后DTI（B-DTI）。豪威科技的Grant解釋：“F-DTI使用多晶硅填充間隙，多晶硅的電壓偏置可以改善表面釘扎效應(yīng)。F-DTI還可以進(jìn)行更多的熱處理以減少蝕刻損傷。B-DTI采用帶負(fù)電荷的高K薄膜來積累電荷，在表面出現(xiàn)費(fèi)米能級(jí)釘扎效應(yīng)，從而抑制暗電流漏電。高K薄膜沉積采用原子層沉積（ALD）工藝完成。B-DTI通常使用氧化物填充間隙，也嘗試了金屬填充甚至空氣間隙，并已用于批量生產(chǎn)。”像素縮小競(jìng)賽會(huì)繼續(xù)進(jìn)行嗎？Grant認(rèn)為：“像素尺寸很有可能小于0.7m。隨著像素縮小到0.7m，需要優(yōu)化的方面還很多。比如在B-DTI工藝中，對(duì)二極管的高能注入，彩色濾光鏡和微透鏡的光學(xué)結(jié)構(gòu)縮小等關(guān)鍵項(xiàng)目仍將是發(fā)展重點(diǎn)。像素內(nèi)晶體管和互連的基本設(shè)計(jì)規(guī)則需要更新。”另一個(gè)問題是移動(dòng)設(shè)備中圖像傳感器的像素間距正在接近光的波長(zhǎng)。Grant說：“有些人可能認(rèn)為這是像素尺寸的極限。例如，研發(fā)0.6m的像素間距。它小于0.65m（650nm）的紅光波長(zhǎng)。因此可能會(huì)出現(xiàn)一個(gè)問題：‘為什么要縮小到亞波長(zhǎng)？用戶會(huì)受益嗎？將像素縮小到亞波長(zhǎng)意味著在像素級(jí)別空間分辨率信息更有價(jià)值。’”Grant指出，1.0m像素的光學(xué)結(jié)構(gòu)使用了許多亞波長(zhǎng)特征。“例如，用于抑制串?dāng)_的窄金屬網(wǎng)格和用于量子效率改善的窄介電側(cè)壁正在通過光的引導(dǎo)而進(jìn)行改進(jìn)。這種納米光學(xué)工程已在現(xiàn)有像素技術(shù)領(lǐng)域應(yīng)用多年，所以縮小到亞波長(zhǎng)并非革命。持續(xù)縮小的局限，可能來自用戶利益而不是技術(shù)。正是出于不斷發(fā)現(xiàn)像素縮小為最終用戶帶來價(jià)值的目的，才推動(dòng)著這一趨勢(shì)。只有這樣，CMOS圖像傳感器技術(shù)的開發(fā)才會(huì)繼續(xù)支持這一方向。”
堆疊和互連技術(shù)
除了像素尺寸縮小以外，CMOS圖像傳感器還正在進(jìn)行其它創(chuàng)新，例如芯片堆疊。廠商還使用不同的互連技術(shù)，例如硅通孔（TSV）、混合鍵合以及像素與像素互連（pixel-to-pixel）。
CMOS圖像傳感器技術(shù)趨勢(shì)
多年來，圖像傳感器都將像素陣列和邏輯電路集成于同一顆芯片。2012年，索尼推出了兩層堆疊式圖像傳感器。芯片堆疊使廠商可以將傳感功能和處理功能拆分到不同的芯片。這允許傳感器具有更多功能，同時(shí)還可以減小管芯尺寸。為此，索尼開發(fā)了90nm工藝的像素陣列芯片。該芯片堆疊在一顆65nm圖像信號(hào)處理器（ISP）芯片上，該芯片提供處理功能。然后將兩顆芯片互連。最終，其它廠商轉(zhuǎn)向了類似的芯片堆疊方案。通常，頂部像素陣列芯片采用成熟節(jié)點(diǎn)工藝。底部ISP芯片的工藝節(jié)點(diǎn)涉及65nm、40nm和28nm。14nm FinFET（鰭式場(chǎng)效應(yīng)晶體管）技術(shù)正在研發(fā)中。在2018年，三星和索尼同時(shí)開發(fā)了三層堆疊式圖像傳感器。例如，在索尼的CMOS圖像傳感器產(chǎn)品系列的一種版本中，DRAM（動(dòng)態(tài)隨機(jī)存取存儲(chǔ)器）單元位于圖像傳感器和邏輯電路層之間。嵌入式DRAM可實(shí)現(xiàn)更快的數(shù)據(jù)讀取。除了芯片堆疊之外，廠商還開發(fā)了不同的互連方案，該方案將一顆芯片與另一顆芯片互連。最初，豪威科技、三星和索尼使用硅通孔（TSV）技術(shù)。2016年，索尼轉(zhuǎn)向了一種稱為“銅混合鍵合”的互連技術(shù)。三星仍處于TSV陣營(yíng)中，而豪威科技則同時(shí)采用TSV和混合鍵合兩種工藝。在混合鍵合中，使用銅-銅互連連接管芯。在晶圓廠中對(duì)兩片晶圓進(jìn)行處理，一片是邏輯電路，另一片是像素陣列。使用電介質(zhì)-電介質(zhì)鍵合（dielectric-to-dielectric bond）將兩片晶圓鍵合在一起，然后完成金屬與金屬的互連。TSV和混合鍵合均可實(shí)現(xiàn)精細(xì)的像素間距。Lam的Haynes說：“在CMOS圖像傳感器像素和邏輯電路兩片晶圓堆疊的BSI結(jié)構(gòu)，TSV和混合鍵合可能會(huì)繼續(xù)共存。但是隨著多層堆疊BSI圖像傳感器的發(fā)展，TSV集成將變得越來越重要。”談起其它技術(shù)趨勢(shì)。KLA（科天）營(yíng)銷高級(jí)總監(jiān)Steve Hiebert說：“將來，我們有望看到與CMOS圖像傳感器芯片堆疊相關(guān)的兩種趨勢(shì)。首先是進(jìn)一步縮小像素間距，以實(shí)現(xiàn)更高的芯片互連密度。另一種是三個(gè)或更多器件的堆疊。”pixel-to-pixel互連將是未來的“重磅炸彈”。Xperi正在開發(fā)一種稱為“3D混合BSI”的技術(shù)，用于像素級(jí)集成。索尼和豪威科技已經(jīng)展示了這項(xiàng)技術(shù)。Xperi產(chǎn)品營(yíng)銷高級(jí)總監(jiān)Abul Nuruzzaman說：“3D混合BSI可以實(shí)現(xiàn)更多的互連。實(shí)現(xiàn)每個(gè)像素與關(guān)聯(lián)的模數(shù)轉(zhuǎn)換的像素級(jí)互連。這允許對(duì)所有像素進(jìn)行并行的模數(shù)轉(zhuǎn)換。該連接提供了堆疊像素層和邏輯電路層之間的高密度電氣互連，從而實(shí)現(xiàn)了與有效百萬像素?cái)?shù)量一樣多的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。混合鍵合還可以將堆疊式內(nèi)存中的專有內(nèi)存與對(duì)應(yīng)像素的互連。”這種架構(gòu)支持大規(guī)模并行信號(hào)傳輸，從而可以高速讀取和寫入圖像傳感器的所有像素?cái)?shù)據(jù)。Nuruzzaman表示：“這可以為對(duì)時(shí)間要求非常嚴(yán)苛的各種應(yīng)用（例如自動(dòng)駕駛汽車、醫(yī)學(xué)成像和高端攝影）提供實(shí)時(shí)比例縮放像素的全局快門和高分辨率成像。”
結(jié)論
顯然，CMOS圖像傳感器市場(chǎng)是動(dòng)態(tài)變化的。在新冠疫情爆發(fā)期間，對(duì)于CMOS圖像傳感器廠商而言，2020年將是艱難的一年。盡管如此，市場(chǎng)上還會(huì)涌現(xiàn)創(chuàng)新浪潮。IC Insights的Lineback表示：“嵌入式CMOS圖像傳感器和攝像頭在安防、安全、基于視覺的用戶界面和識(shí)別、物聯(lián)網(wǎng)、自動(dòng)駕駛汽車和無人機(jī)等更多系統(tǒng)中的應(yīng)用前景依然可期。”
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cmos圖像傳感器應(yīng)用：盤點(diǎn)CMOS圖像傳感器的5大主流應(yīng)用

　　圖像傳感器是將光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的裝置，在數(shù)字電視、可視通信市場(chǎng)中有著廣泛的應(yīng)用。目前，最引人注目，最有發(fā)展?jié)摿Φ氖遣捎脴?biāo)準(zhǔn)的CMOS(Complementary metal Oxide Semiconductor 互補(bǔ)金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管)技術(shù)來生產(chǎn)的圖像傳感器，即CMOS圖像傳感器。CMOS圖像傳感器芯片采用了CMOS工藝，可將圖像采集單元和信號(hào)處理單元集成到同一塊芯片上。
　　CMOS圖像傳感器具有體積小、功耗低、價(jià)格低及可大規(guī)模批量生產(chǎn)等優(yōu)勢(shì)，在圖像傳感器領(lǐng)域占有率達(dá)到90%。被廣泛應(yīng)用于智能手機(jī)、數(shù)碼相機(jī)、自動(dòng)駕駛、安防、IOT等領(lǐng)域，未來市場(chǎng)潛力巨大。
　　智能手機(jī)
　　眾所周知，移動(dòng)端一直是CMOS圖像傳感器重要的市場(chǎng)。智能手機(jī)中廣泛采用了雙攝像頭和3D攝像頭，增加鏡頭有助于手機(jī)廠商在銷售策略上與競(jìng)爭(zhēng)產(chǎn)品拉出差距。廠商對(duì)相機(jī)模組的搭載，尤其是采用200萬到500萬低像素的功能鏡頭來增加產(chǎn)品的鏡頭數(shù)量更加積極。
　　通常CMOS傳感器又會(huì)分為：背照式CMOS傳感器和堆棧式CMOS傳感器。
　　背照式CMOS傳感器將光電二極管和布線層進(jìn)行對(duì)調(diào)，從而讓光線首先進(jìn)入感光電二極管，從而增大感光量，顯著提高低光照條件下的拍攝效果。像我們所熟知的iPhon、小米、魅族都是搭載的這類傳感器。
　　而堆棧式CMOS傳感器則是背照式CMOS傳感器的衍生產(chǎn)物，它是目前手機(jī)攝像頭中應(yīng)用最廣泛的一種，也是最先進(jìn)的一種，屬于索尼的獨(dú)家技術(shù)。
　　而值得一提的是，感光元件只是手機(jī)類攝像頭組成中不可或缺的一部分，但不是成像質(zhì)量的決定性因素，這其中還包括廠商通過軟件對(duì)硬件的優(yōu)化調(diào)校，使其讓人感覺最好的效果，這也是目前各家廠商在手機(jī)攝像畫質(zhì)方面效果差異最大的決定性因素之一。
　　數(shù)碼相機(jī)
　　在數(shù)碼相機(jī)領(lǐng)域的早期，CCD是無可爭(zhēng)議的霸主，絕大部分?jǐn)?shù)碼相機(jī)都采用CCD成像，只有佳能在自己的高端單反相機(jī)型號(hào)上采用CMOS元件。不過近年來，CMOS發(fā)展勢(shì)頭迅猛，幾乎已經(jīng)在家用單反相機(jī)中一統(tǒng)江湖。
　　CMOS的色彩飽和度和質(zhì)感則略差于CCD，但處理芯片可以彌補(bǔ)這些差距。重要的是，CMOS具備硬件降噪機(jī)制，在高感光度下的表現(xiàn)要好于CCD。此外，它的讀取速度也更快，非常省電，甚至具備了拍攝全高清（FullHD）視頻的能力。
　　這些特性特別適合性能較高的單反相機(jī)，因此目前市場(chǎng)中常見的單反數(shù)碼相機(jī)幾乎都采用了CMOS傳感器。
　　自動(dòng)駕駛
　　車載攝像頭作為ADAS感知層的關(guān)鍵傳感器之一，市場(chǎng)空間將快速提升，直接拉動(dòng)CMOS市場(chǎng)規(guī)模的增長(zhǎng)。
　　CMOS圖像傳感器不僅被安裝在汽車倒車影像、防碰撞系統(tǒng)之內(nèi)，還是ADAS感知層的關(guān)鍵傳感器之一，隨著自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，汽車廠商將會(huì)為自家車輛產(chǎn)品導(dǎo)入更多車載攝像頭來獲取外界信息。
　　而每增加一個(gè)攝像頭，就需要增加一塊CMOS傳感器，所以車載應(yīng)用將是CMOS圖像傳感器各主要應(yīng)用市場(chǎng)中增速最快的方向。
　　根據(jù)YOLE的最新預(yù)測(cè)，車載圖像傳感器市場(chǎng)空間將從2016年的22億美金增長(zhǎng)至2022年的77億美金，是車用傳感器(包括各類雷達(dá)、壓力傳感器、慣性傳感器等)中增長(zhǎng)最快、占比最高的細(xì)分產(chǎn)品。
　　同時(shí)，汽車市場(chǎng)也將成為僅次于手機(jī)的第二大CMOS傳感器應(yīng)用領(lǐng)域。
　　安防
　　安防監(jiān)控離不開視覺信息的獲取，必須依賴圖像傳感器，攝像頭是視頻監(jiān)控前端的重要設(shè)備。隨著整個(gè)安防監(jiān)控行業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，預(yù)估到2020年該領(lǐng)域CMOS圖像傳感器的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到9.12億美元，占到行業(yè)市場(chǎng)份額的6%。
　　IOT
　　在IOT領(lǐng)域，大量電子硬件設(shè)備需要搭載相機(jī)模組，實(shí)現(xiàn)影像、人臉識(shí)別、視頻通話等功能。比如電視、智能音箱、無人機(jī)、VR/AR等產(chǎn)品。
　　此外，在醫(yī)療、工業(yè)系統(tǒng)等領(lǐng)域也需要用到大量的CMOS圖像傳感器。現(xiàn)今醫(yī)療和科研領(lǐng)域則在謀求使用成本更低效果更好的CMOS傳感器來替代大部分老舊產(chǎn)品；隨著機(jī)器視覺的發(fā)展，越來越多的工業(yè)生產(chǎn)線會(huì)引入圖像傳感器來提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量。