ccd傳感器的發(fā)展：CCD與CMOS圖像傳感器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
摘要：
我們的生活越來(lái)越信息化,獲取圖像信息的來(lái)源就變的尤為需要,據(jù)統(tǒng)計(jì)通過(guò)人眼獲取到的信息含量占80%,因此研究圖像傳感器的技術(shù)更為重要,圖像傳感器作為信息獲取的基礎(chǔ)器件能重現(xiàn)圖像信息的功能,在現(xiàn)代生活中圖像傳感器得到了越來(lái)越廣泛的運(yùn)用.本文闡述了從CCD圖像傳感器再到COMS圖像傳感器的發(fā)展,而且圖像傳感器應(yīng)用領(lǐng)域包含很多電子產(chǎn)品,汽車(chē)尾鏡,視頻會(huì)議等所以對(duì)圖像傳感器的研究開(kāi)發(fā)有非常高的價(jià)值.
展開(kāi)
ccd傳感器的發(fā)展：ccd圖像傳感器的特點(diǎn)_ccd圖像傳感器發(fā)展歷程
描述
ccd圖像傳感器的特點(diǎn)
CCD圖像傳感器作為一種新型光電轉(zhuǎn)換器現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于攝像、圖像采集、掃描儀以及工業(yè)測(cè)量等領(lǐng)域。作為攝像器件，與攝像管相比，CCD圖像傳感器有體積小、重量輕、分辨率高、靈敏度高、動(dòng)態(tài)范圍寬、光敏元的幾何精度高、光譜響應(yīng)范圍寬、工作電壓低、功耗小、壽命長(zhǎng)、抗震性和抗沖擊性好、不受電磁場(chǎng)干擾和可靠性高等一系列優(yōu)點(diǎn)。
ccd圖像傳感器發(fā)展歷程
CCD圖像傳感器于1969年在貝爾試驗(yàn)室研制成功，之后由日商等公司開(kāi)始量產(chǎn)，其發(fā)展歷程已經(jīng)將近30多年，從初期的10多萬(wàn)像素已經(jīng)發(fā)展至目前主流應(yīng)用的500萬(wàn)像素。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。
發(fā)明：
伴隨著數(shù)碼相機(jī)、帶有攝像頭的手機(jī)等電子設(shè)備風(fēng)靡全球，人類已經(jīng)進(jìn)入了全民數(shù)碼影像的時(shí)代，每一個(gè)人都可以隨時(shí)、隨地、隨意地用影像記錄每一瞬間。帶領(lǐng)我們進(jìn)入如此五彩斑斕世界的，就是美國(guó)科學(xué)家威拉德·博伊爾和喬治·史密斯發(fā)明的CCD（電荷耦合器件）圖像傳感器。
百多年來(lái)，伴隨著暗箱、鏡頭和感光材料制作不斷取得突破，以及精密機(jī)械、化學(xué)技術(shù)的發(fā)展，照相機(jī)的功能越來(lái)越強(qiáng)大，使用越來(lái)越方便。但是，直到幾十年前，人們依然只能將影像記錄在膠片上。拍攝影像慢慢普及，但即時(shí)欣賞、分享、傳遞影像還非常困難。1969年，博伊爾和史密斯極富創(chuàng)意地發(fā)明了一種半導(dǎo)體裝置，可以把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，這一裝置，就是CCD圖像傳感器。
發(fā)展歷程：
CCD圖像傳感器的發(fā)明，實(shí)際上是應(yīng)用愛(ài)因斯坦有關(guān)光電效應(yīng)理論的結(jié)果，即光照射到某些物質(zhì)上，能夠引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化。但是從理論到實(shí)踐，道路卻并不平坦。科學(xué)家遇到的最大挑戰(zhàn)，在于如何在很短的時(shí)間內(nèi)，將每一個(gè)點(diǎn)上因?yàn)楣庹斩a(chǎn)生改變的大量電信號(hào)采集并且辨別出來(lái)。經(jīng)過(guò)多次試驗(yàn)，博伊爾和史密斯終于解決了上述難題。他們采用一種高感光度的半導(dǎo)體材料，將光線照射導(dǎo)致的電信號(hào)變化轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，使得其高效存儲(chǔ)、編輯、傳輸都成為可能。簡(jiǎn)單地說(shuō)，CCD圖像傳感器就像是膠片一樣，有了它，人們就再不用耗時(shí)費(fèi)力地去沖洗膠片了。
CCD圖像傳感器應(yīng)用
CCD圖像傳感器除了大規(guī)模應(yīng)用于數(shù)碼相機(jī)外，還廣泛應(yīng)用于攝像機(jī)、掃描儀，以及工業(yè)領(lǐng)域等。此外，在醫(yī)學(xué)中為診斷疾病或進(jìn)行顯微手術(shù)等而對(duì)人體內(nèi)部進(jìn)行的拍攝中，也大量應(yīng)用了CCD圖像傳感器及相關(guān)設(shè)備。
CCD是數(shù)碼相機(jī)的電子眼，它革新了攝影術(shù)，光可以被電子化地記錄下來(lái)，取代了膠片。這一數(shù)字形式極大地方便了對(duì)圖像的處理和發(fā)送，”諾貝爾獎(jiǎng)評(píng)選委員會(huì)稱贊說(shuō)，“無(wú)論是我們大海中深邃之地，還是宇宙中的遙遠(yuǎn)之處，它都能給我們帶來(lái)水晶般清晰的影像。”
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CMOS圖像傳感器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 第3張" title="ccd傳感器的發(fā)展：CCD與CMOS圖像傳感器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 第3張-傳感器知識(shí)網(wǎng)"/>
ccd傳感器的發(fā)展：CCD圖像傳感器研究背景發(fā)展及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀
CCD
圖像傳感器研究背景發(fā)展及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀
1CCD
圖像傳感器研究背景
...........................................................................................................
1
2 CCD
圖像傳感器的發(fā)展歷史
.....................................................................
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1CCD
圖像傳感器研究背景
CCD
（
Charge Coupled Device
）即電荷耦合器件，它是
20
世紀(jì)
70
年代初發(fā)
展起來(lái)的新型半導(dǎo)體光電成像器件，
首先由美國(guó)貝爾電話實(shí)驗(yàn)室的
W.S.Boyle
和
G
.E.Smith
于
1970
年首先提出了
CCD
的概念，在經(jīng)歷了一段時(shí)間的研究之后，
建立了以一維勢(shì)阱模型為基礎(chǔ)的非穩(wěn)態(tài)
CCD
的基本理論。
近
30
多年來(lái)，
隨著新
型半導(dǎo)體材料的不斷涌現(xiàn)和器件微細(xì)化技術(shù)的日趨完備，
CCD
器件及其應(yīng)用技
術(shù)得到了較快的發(fā)展，取得了驚人的進(jìn)步。
目前
CCD
應(yīng)用技術(shù)已成為集光學(xué)、電子學(xué)、精密機(jī)械與計(jì)算機(jī)技術(shù)為一體
的綜合性技術(shù)，在現(xiàn)代光子學(xué)、光電檢測(cè)技術(shù)和現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)領(lǐng)域中成果累累，
方興未艾。而
CCD
傳感器無(wú)論是線陣還是面陣結(jié)構(gòu)，其中都混雜有各種噪聲或
干擾成分，這極大地影響了
CCD
在高精度測(cè)量領(lǐng)域中的應(yīng)用
[1]
。因此降低噪聲
成為改善成像系統(tǒng)的一個(gè)首要任務(wù)。相應(yīng)的，如何精確地簡(jiǎn)便地測(cè)出
CCD
的噪
聲也變得極為重要。
2 CCD
傳感器的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
目前，
CCD
圖像傳感器的生產(chǎn)主要集中在日本的索尼、
東芝、
松下、
濱松、
夏普、三洋、富士、奧林巴斯、
NEC
、加拿大的達(dá)爾薩和美國(guó)的柯達(dá)等公司。當(dāng)
前各
CCD
生產(chǎn)廠商和數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)廠商之間像素和照片質(zhì)量的競(jìng)爭(zhēng)
,
實(shí)質(zhì)
是縮小像素面積的競(jìng)爭(zhēng)。
自
1987
年以來(lái)，
CCD
圖像傳感器的像素面積以每年
20%
的速度縮小，目前像素面積已經(jīng)小于
錯(cuò)誤！未找到引用源。
。從目前
CCD
技術(shù)的
發(fā)展趨勢(shì)來(lái)看，
CCD
將向高分辨力、高速度、微型化、多光譜、紫外、
X
射線、
紅外等方向發(fā)展。近幾年，數(shù)碼相機(jī)和微型攝像機(jī)的發(fā)展過(guò)程中，
CCD
和
CMOS
圖像傳感器相互競(jìng)爭(zhēng)。總的來(lái)看，在軍用領(lǐng)域，
CCD
使用的較多；在民用領(lǐng)域，
ccd傳感器的發(fā)展：圖像傳感器發(fā)展簡(jiǎn)史
文章來(lái)自微信公眾號(hào)：智東西（ID：zhidxcom），作者：智東西內(nèi)參，原文標(biāo)題：《揭秘?cái)z像頭之芯！無(wú)所不在的計(jì)算機(jī)視覺(jué)之源，一文看懂CMOS》，頭圖來(lái)自：視覺(jué)中國(guó)
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(kāi)始，隨著技術(shù)演進(jìn)，圖像傳感器性能逐步提升。
本期的智能內(nèi)參，我們推薦西南證券的研究報(bào)告《攝像頭芯片，CMOS圖像傳感器行業(yè)報(bào)告》，從圖像傳感器的發(fā)展歷史開(kāi)始，詳解CMOS技術(shù)特點(diǎn)和行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。
圖像傳感器的歷史沿革
20 世紀(jì)50 年代——光學(xué)倍增管(Photo Multiplier Tube，簡(jiǎn)稱PMT)出現(xiàn)。
1965年至1970年，IBM、Fairchild等企業(yè)開(kāi)發(fā)光電以及雙極二極管陣列。
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)。
90年代末，步入CMOS時(shí)代。
▲圖像傳感器的歷史沿革
1. 光電倍增管
光電倍增管（簡(jiǎn)稱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(guò)程中在倍增電極鏈中倍增發(fā)射。
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(jiàn)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。
▲光電倍增管
2. CCD
CCD全稱為Charge Coupled Device，中文翻譯為"電荷藕合器件"。它使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷。因而具有靈敏度高、抗強(qiáng)光、畸變小、體積小、壽命長(zhǎng)、抗震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)。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。
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 。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 。
2009年， Willard Boyle和George E. Smith獲得諾貝爾物理學(xué)獎(jiǎng) 。
1997年，卡西尼國(guó)際空間站使用CCD相機(jī)（廣角和窄角） 。美國(guó)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(lái)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(wú)源像素和有源像素（3T）的配置。
3. CMOS圖像傳感器
CMOS全稱為Complementarymetal-OxideSemiconductor，中文翻譯為互補(bǔ)性氧化金屬半導(dǎo)體。CMOS的制造技術(shù)和一般計(jì)算機(jī)芯片沒(méi)什么差別，主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N（帶–電）和P（帶+電）級(jí)的半導(dǎo)體，這兩個(gè)互補(bǔ)效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀(jì)錄和解讀成影像。
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 。
▲“芯片相機(jī)”上的帶有有緣像素轉(zhuǎn)換器的CMOS有效像素傳感器
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 。
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)。
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。
2001年11月 ，Photobit被美光科技公司收購(gòu)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，ST Micro，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(lái)，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(lái)，Micron剝離了Aptina，Aptina被ON Semi收購(gòu)，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應(yīng)用領(lǐng)域
▲ CMOS圖像傳感器發(fā)展歷程
CMOS圖像傳感器技術(shù)特點(diǎn)
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)。
▲CIS結(jié)構(gòu)
微透鏡：具有球形表面和網(wǎng)狀透鏡；光通過(guò)微透鏡時(shí)，CIS的非活性部分負(fù)責(zé)將光收集起來(lái)并將其聚焦到彩色濾光片 。
彩色濾光片（CF）：拆分反射光中的紅、綠、藍(lán)（RGB）成分，并通過(guò)感光元件形成拜爾陣列濾鏡。
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 。
像素設(shè)計(jì)：通過(guò)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) 。
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(guò)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。
▲B(niǎo)ayer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。
▲彩色濾鏡塊工作原理
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(lái)提升傳感器讀取速度。
▲前面照度技術(shù)和背面照度技術(shù)
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?gòu)垐D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(méi)有匹配的高速讀出和處理電路，便無(wú)辦法以高幀率輸出出來(lái)。
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)。
▲Exmor架構(gòu)
CMOS圖像傳感器的應(yīng)用
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市場(chǎng)規(guī)模
1. 車(chē)載領(lǐng)域
車(chē)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) 。
汽車(chē)圖像傳感器全球銷量呈逐年增長(zhǎng)趨勢(shì)。 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(wàn)臺(tái)，2018年為6000萬(wàn)臺(tái)，2019年預(yù)計(jì)達(dá)到6500萬(wàn)臺(tái)。 FV/MV全球銷量增長(zhǎng)迅速，2016年為1000萬(wàn)臺(tái)，2018年為3000萬(wàn)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(wàn)臺(tái)，2021可達(dá)7500萬(wàn)臺(tái)，直逼RVC全球銷量。
▲汽車(chē)圖像傳感器全球市場(chǎng)
HDR技術(shù)方法 。HDR解決方案，即高動(dòng)態(tài)范圍成像，是用來(lái)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。 時(shí)間復(fù)用。相同的像素陣列通過(guò)使用多個(gè)卷簾（交錯(cuò)HDR）來(lái)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 。
空間復(fù)用。單個(gè)像素陣列幀被分解為多個(gè)，通過(guò)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(méi)有運(yùn)動(dòng)偽影；缺點(diǎn)：從等效像素區(qū)域降低靈敏度。
非常大的全井產(chǎn)能。
閃變抑制技術(shù) 。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。
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）。
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。
▲閃變抑制技術(shù)成像效果
陣列攝像機(jī) 。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。
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。
2. 手機(jī)領(lǐng)域
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(lái)，主攝像頭素質(zhì)不斷提升；目前，雙攝/多攝已成為主流 。前置攝像頭素質(zhì)同步提升，目前越來(lái)越多廠商加入人臉識(shí)別功能。
▲攝像模組構(gòu)成
隨著技術(shù)的發(fā)展，越來(lái)越多的手機(jī)開(kāi)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(mài)點(diǎn)之一。拋開(kāi)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)。
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。
手機(jī)攝像頭過(guò)去以像素升級(jí)為主；受CMOS尺寸限制，手機(jī)攝像開(kāi)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(guò)光學(xué)原理調(diào)整焦距，成像畫(huà)質(zhì)無(wú)損。數(shù)碼變焦就是通過(guò)軟件算法來(lái)放大/縮小，通過(guò)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(wú)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(wú)法滿足對(duì)光學(xué)變焦的需求了。
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(lái)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。
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(lái)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。
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(huà)質(zhì)，手機(jī)引入了雙攝、甚至三攝、四攝。
3. 安防領(lǐng)域
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(lái)越復(fù)雜，性能也不斷升級(jí)。
▲閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展歷程
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?chē)h(huán)境不能良好反映，所以在夜視系統(tǒng)中基本不采用 。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?chē)h(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(jiàn)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(jiàn)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。
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 。
▲全球視頻監(jiān)控設(shè)備市場(chǎng)規(guī)模
全球安防攝像機(jī)市場(chǎng)銷量在2015年約28萬(wàn)件，其中監(jiān)視攝像機(jī)約8萬(wàn)件，安保系統(tǒng)攝像機(jī)約20萬(wàn)個(gè)。預(yù)計(jì)到2021年安防攝像機(jī)市場(chǎng)銷量約64萬(wàn)件，其中監(jiān)視攝像機(jī)約22萬(wàn)件，年均復(fù)合增長(zhǎng)率為18%，安保系統(tǒng)攝像機(jī)約42萬(wàn)個(gè)，年均復(fù)合增長(zhǎng)率約13%。
▲ 全球安防攝像機(jī)銷量情況及預(yù)測(cè)
4. 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(kāi)始，市場(chǎng)發(fā)展迅速，行業(yè)競(jìng)爭(zhēng)加劇：韓國(guó)和中國(guó)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)應(yīng)用
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年至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年至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） 。
CMOS傳感器憑借其在通過(guò)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(lái)越廣泛的應(yīng)用，未來(lái)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。
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。
X-Ray。X射線成像的第一次應(yīng)用是在醫(yī)療領(lǐng)域，由WilhelmR?ntgen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(wú)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。
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年至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年至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%。
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(guò)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(guò)濾色片，變成單色光，單色光通過(guò)導(dǎo)光纖維直達(dá)電子內(nèi)窺鏡前部，再通過(guò)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(guò)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(wú)視野黑點(diǎn)弊端，易于獲得病變觀察區(qū)信息 。
▲CMOS電子內(nèi)窺鏡原理圖
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
智東西認(rèn)為，圖像傳感器是當(dāng)今應(yīng)用最普遍、重要性最高的傳感器之一。其主要采用感光單元陣列和輔助控制電路獲取對(duì)象景物的亮度和色彩信號(hào)，并通過(guò)復(fù)雜的信號(hào)處理和圖像處理技術(shù)輸出數(shù)字化的圖像信息。而后起之秀CMOS近些年優(yōu)勢(shì)越來(lái)越突出，已經(jīng)占據(jù)了大部分圖像傳感器市場(chǎng)，CMOS 圖像傳感器芯片采用了適合大規(guī)模生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)流程工藝，批量生產(chǎn)時(shí)，單位成本非常低。
手機(jī)是CMOS傳感器的最大應(yīng)用市場(chǎng)，汽車(chē)、安防等新應(yīng)用領(lǐng)域高速成長(zhǎng)。 隨著多攝像頭手機(jī)的普及以及自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，相信CMOS傳感器的高速發(fā)展仍不會(huì)停止。
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