攝像機(jī)圖像傳感器：一文了解CMOS圖像傳感器攝像頭的進(jìn)階設(shè)計(jì)方法

CMOS圖像傳感器廣泛應(yīng)用于當(dāng)今的數(shù)碼相機(jī)和手機(jī)，它利用了現(xiàn)有的CMOS制造工藝，已成為低成本圖像傳感設(shè)計(jì)方法。現(xiàn)在，有一種設(shè)計(jì)CMOS圖像傳感器攝像頭的進(jìn)階方法——通過Ansys Lumerical與Ansys SPEOS之間的互操作，工程師能夠設(shè)計(jì)包含宏觀透鏡和微觀傳感器的攝像頭系統(tǒng)，且優(yōu)化CMOS傳感器的效率。該工作流程能幫助工程師考慮真實(shí)照明條件，同時(shí)優(yōu)化CMOS圖像傳感器。
Ansys SPEOS可預(yù)測(cè)系統(tǒng)的照明和光學(xué)性能。SPEOS使工程師能在宏觀尺度上研究光與機(jī)械幾何結(jié)構(gòu)的相互作用，節(jié)省原型設(shè)計(jì)的時(shí)間與成本。
Ansys Lumerical提供納米光子仿真工具，讓用戶能在波長(zhǎng)尺度上對(duì)光與幾何結(jié)構(gòu)的相互作用進(jìn)行建模，包括光學(xué)、電子和熱效應(yīng)。
SPEOS和Lumerical可以共享各種應(yīng)用的仿真信息，例如平視顯示器（HUD）、具有表面等離子體的系統(tǒng)、衍射光柵、發(fā)光結(jié)構(gòu)、表面和體積散射、衍射光學(xué)元件等。CMOS傳感器攝像頭的新工作流程是這個(gè)不斷增加的應(yīng)用列表中的新成員，結(jié)合SPEOS和Lumerical工具，Ansys為完整的光學(xué)系統(tǒng)提供了仿真解決方案。
在Ansys Lumerical FDTD（左）和Lumerical CHARGE（右）中建模的CMOS圖像傳感器
CMOS圖像傳感器攝像頭：
Ansys Lumerical FDTD可用于為CMOS圖像傳感器等納米光子器件的光學(xué)屬性建模。可得到的關(guān)鍵屬性包括：吸收光子的光學(xué)效率，以及襯底中的電子-空穴對(duì)生成速率。與Ansys Lumerical CHARGE耦合后，設(shè)計(jì)師能夠探索其他導(dǎo)入屬性，例如量子效率和串?dāng)_，這兩者都需要仿真電氣行為。Ansys Lumerical的FDTD和CHARGE可用于解決眾多設(shè)計(jì)難題，例如：背照式傳感器、光學(xué)和電子串?dāng)_的影響、微透鏡偏移或斜入射角幾何結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，以及將彩色濾光片整合到復(fù)雜傳感器幾何結(jié)構(gòu)時(shí)的效果。
與Ansys SPEOS結(jié)合使用時(shí)，工程師可以仿真整個(gè)攝像頭系統(tǒng)，把CMOS圖像傳感器攝像頭設(shè)計(jì)提升到新的水平。這有助于用戶探索CMOS圖像傳感器微觀效應(yīng)、宏觀透鏡和電子子系統(tǒng)之間的復(fù)雜相互作用。由于其能夠預(yù)測(cè)照明性能，SPEOS可幫助工程師為攝像頭記錄的最終成像構(gòu)建準(zhǔn)確視圖。
無論是新一代手機(jī)攝像頭，還是科學(xué)或國防應(yīng)用成像系統(tǒng)，SPEOS/Lumerical工作流程都能助力企業(yè)以更快速度和更低成本開發(fā)更優(yōu)異的CMOS圖像傳感器攝像頭。
相關(guān)工具：
Ansys SPEOS
Ansys Lumerical
相關(guān)資料：
了解Ansys解決方案在你所在行業(yè)的成功應(yīng)用、工程問題解決思路
更多前沿實(shí)用技術(shù)、工程創(chuàng)新實(shí)踐，可前往Ansys微信公眾號(hào)：ANSYS-China
來源：Ansys Blog

攝像機(jī)圖像傳感器：中國工程師最喜歡的10大CMOS圖像傳感器芯片

據(jù)Yole統(tǒng)計(jì)，2020年全球CMOS圖像傳感器（CIS）市場(chǎng)規(guī)模為207億美元，出貨量為70.08億顆。跟其它半導(dǎo)體器件一樣，CIS也因?yàn)橐咔楹蜕a(chǎn)周期長(zhǎng)，以及各種市場(chǎng)因素，而導(dǎo)致采購和供應(yīng)鏈緊張。Yole預(yù)計(jì)2021年將趨于平穩(wěn)，銷售額相比2020年略有增長(zhǎng)（3.2%），將達(dá)到214億美元，出貨量將達(dá)到74.53億顆。這一預(yù)測(cè)已經(jīng)將CIS市場(chǎng)的關(guān)鍵因素考慮進(jìn)去了，包括華為的CIS庫存降低、芯片短缺的不確定性，以及疫情后的消費(fèi)者花費(fèi)等。
若將CIS出貨量按應(yīng)用市場(chǎng)細(xì)分，今年手機(jī)市場(chǎng)占比約為78.3%，計(jì)算機(jī)占12.9%，安防占4.3%，汽車占2.3%，消費(fèi)電子占1.7%。預(yù)計(jì)到2026年，CIS整體增長(zhǎng)率約為7.5%，其中手機(jī)市場(chǎng)低于整體增長(zhǎng)，而汽車和安防市場(chǎng)增長(zhǎng)都超過10%，消費(fèi)電子和醫(yī)療市場(chǎng)增長(zhǎng)最快，超過20%。
從CIS供應(yīng)商來看，在2020年207億美元的銷售額中，索尼占據(jù)40%，其次是三星占22%，第三是豪威占12%，第四是ST占6%，第五格科微占4%，第六安森美占4%，SK海力士占2%，思特威占1%。三家國產(chǎn)CIS廠商的營收占比合計(jì)為17%。
雖然索尼仍然是CIS龍頭老大，但其市場(chǎng)份額卻在降低，華為手機(jī)下滑和其它CIS廠商的競(jìng)爭(zhēng)是主要因素。第二位的三星因?yàn)橛袕脑O(shè)計(jì)、制造到終端設(shè)備的垂直整合優(yōu)勢(shì)，而在手機(jī)CIS市場(chǎng)贏得更多份額，其最新CIS傳感器也因?yàn)榕c小米手機(jī)合作而有顯著增長(zhǎng)。
臺(tái)積電是CIS的主要代工廠，在晶圓產(chǎn)能緊張的情況下索尼可以保證足夠產(chǎn)能供應(yīng)，但像安森美等CIS廠商可能無法獲得足夠的產(chǎn)能。安森美雖然沒有出現(xiàn)嚴(yán)重短缺，但應(yīng)該可以在汽車和物流攝像頭市場(chǎng)表現(xiàn)更好。豪威和思特威等中國廠商早就開始分散晶圓代工，反而沒有受到太大影響。格科微還開始啟動(dòng)自己的晶圓生產(chǎn)線，以保證供應(yīng)鏈的安全。
長(zhǎng)期來看，CIS將會(huì)跟半導(dǎo)體整體市場(chǎng)保持基本一致的增長(zhǎng)。Yole預(yù)測(cè)，未來5年的增長(zhǎng)率約為5.4%，到2026年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到284億美元。今年相對(duì)平穩(wěn)，但2022年將會(huì)有9%的增長(zhǎng)。雖然手機(jī)市場(chǎng)增長(zhǎng)不明顯，但汽車、安防和工業(yè)醫(yī)療等市場(chǎng)都有超過10% 的增長(zhǎng)。
為了讓工程師朋友對(duì)全球和中國CMOS圖像傳感器市場(chǎng)及產(chǎn)品有更為完整的了解，ASPENCORE旗下《電子工程專輯》分析師團(tuán)隊(duì)分別從5大國際CIS廠商的產(chǎn)品系列中挑選5款CIS芯片，又從5家國產(chǎn)CIS廠商產(chǎn)品系列中挑選5款有代表性的CIS芯片。歡迎大家通過微信投票評(píng)選出“中國工程師最喜歡的10大CMOS圖像傳感器芯片”。
Top 5國際CMOS圖像傳感器
索尼智能視覺傳感器IMX 500/501
IMX 500/501是索尼發(fā)布的兩款具備AI處理功能的智能視覺傳感器，可在實(shí)現(xiàn)高速邊緣AI處理的同時(shí)只提取必要數(shù)據(jù)，從而減少使用云端服務(wù)時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸延遲，保證隱私安全，并降低功耗和通信成本。IMX 500是裸片，而501是封裝產(chǎn)品，這種圖像傳感器拓寬了AI攝像頭的研發(fā)空間，可廣泛應(yīng)用于零售和工業(yè)設(shè)備行業(yè)，并有助于構(gòu)建與云端連接的優(yōu)化系統(tǒng)。
該芯片采用背照式進(jìn)光，有效像素約為1230萬，可以捕捉廣闊視角的圖像信息。除了傳統(tǒng)的圖像傳感器操作電路外，其邏輯芯片還配備了索尼的DSP（數(shù)字信號(hào)處理器），專門用于AI信號(hào)處理，并可存儲(chǔ)AI模型。這種配置無需高性能處理器或外部存儲(chǔ)，使其成為邊緣AI系統(tǒng)的理想選擇。
IMX 500/501性能參數(shù)列表如下：
該芯片采集的信號(hào)通過ISP（圖像信號(hào)處理器）進(jìn)行處理，并在邏輯芯片的處理層進(jìn)行AI運(yùn)算，將提取的信息作為元數(shù)據(jù)輸出，可以減少需要處理的數(shù)據(jù)量。同時(shí)，不輸出圖像信息有助于降低安全風(fēng)險(xiǎn)和保證隱私安全。除了傳統(tǒng)圖像傳感器捕捉的圖像外，用戶還可以根據(jù)自己的需要和用途選擇數(shù)據(jù)輸出格式，包括ISP格式輸出圖像（YUV/RGB）和ROI（感興趣區(qū)域）特定區(qū)域提取圖像。
當(dāng)使用傳統(tǒng)的圖像傳感器錄制視頻時(shí)，需要發(fā)送每一幀的視頻數(shù)據(jù)進(jìn)行AI處理，導(dǎo)致數(shù)據(jù)傳輸量大，難以實(shí)時(shí)呈現(xiàn)結(jié)果。這種傳感器產(chǎn)品在邏輯芯片上進(jìn)行ISP處理和高速AI運(yùn)行（MobileNet V1*1 3.1毫秒處理），在一個(gè)視頻幀內(nèi)完成整個(gè)過程。這種設(shè)計(jì)可以在錄制視頻的同時(shí)保證高精度、實(shí)時(shí)的目標(biāo)追蹤。
三星GN2
三星ISOCELL GN2 CMOS傳感器擁有5000萬像素，單個(gè)像素面積為1.4μm，大小為1.12英寸。它支持智能 ISO Pro、Dual Pixel Pro（雙像素增強(qiáng)）以及像素四合一（Tetracell）多項(xiàng)技術(shù)。如果用戶需要1億高像素輸出，GN2還能通過智能算法，輸出紅色、綠色、藍(lán)色像素三張不同的單幀圖像，然后把它們合成為一張1億像素照片。此外，GN2還支持Staggered HDR、8K視頻、4K120P視頻多項(xiàng)特性。
GN2傳感器面積達(dá)到了1/1.12英寸，已經(jīng)很接近1英寸大小，比索尼IMX 700（1/1.28英寸）還要大。它可支持像素四合一組成2.8um超大像素，從而吸收更多光線，拍攝出更明亮、更清晰的照片。
在對(duì)焦方面，ISOCELL GN2是三星首款支持Dual Pixel Pro(雙像素增強(qiáng))技術(shù)的傳感器，每個(gè)像素可以分為左右兩半，使用相位差自動(dòng)對(duì)焦。雙像素增強(qiáng)技術(shù)還可以跟四合一像素技術(shù)相結(jié)合，GN2也是首款同時(shí)支持2個(gè)技術(shù)的傳感器，無論任何場(chǎng)景下都可以快速對(duì)焦。
SK海力士A4C傳感器
SK海力士研發(fā)的A4C（All 4-Coupled）圖像傳感器在讀取色彩信息的同時(shí)，可利用每個(gè)像素的視差，提高圖像質(zhì)量和自動(dòng)對(duì)焦。A4C可以實(shí)現(xiàn)快速準(zhǔn)確的對(duì)焦檢測(cè)、高分辨率圖像，適合多種應(yīng)用場(chǎng)景。
A4C傳感器的自動(dòng)對(duì)焦功能基于這樣一種機(jī)制：如果來自物體的不同光線匯聚至一個(gè)焦點(diǎn)，則物體處于對(duì)焦?fàn)顟B(tài)；如果來自物體的不同光線未能匯聚至一個(gè)點(diǎn)，則物體處于失焦?fàn)顟B(tài)。與現(xiàn)有的PDAF技術(shù)相比，A4C傳感器能夠計(jì)算每個(gè)像素的視差。換言之，A4C傳感器具有很高的精度，在低于10 勒克斯（lux）的弱光環(huán)境下也可以確保10倍以上精度。與利用雙眼視差的PDAF技術(shù)不同，A4C傳感器利用的是微透鏡下方位于上下左右四角的四個(gè)像素的視差。因此，A4C傳感器擁有非常出色的對(duì)焦檢測(cè)性能，能夠準(zhǔn)確檢測(cè)水平或垂直方向的物體。
A4C傳感器的輸出圖像能以每個(gè)微透鏡下四個(gè)像素為一組的方式提高感光度，或通過將各個(gè)像素獨(dú)立輸出的方法來提高圖像分辨率（例如，A4C可以輸出5000萬像素分辨率的圖像或1250萬像素微透鏡分辨率的圖像）。如果傳感器將每個(gè)微透鏡下四個(gè)像素作為一組生成輸出圖像，圖像分辨率會(huì)降至單獨(dú)使用每個(gè)像素時(shí)的圖像分辨率的四分之一。但是，四個(gè)像素一組的方法可以將感光度提高四倍。因此，在夜間、弱光環(huán)境等光線不足的情況下，微透鏡分辨率（Micro lens resolution）傳感器的優(yōu)勢(shì)更為明顯。
除了精準(zhǔn)對(duì)焦檢測(cè)和捕捉高分辨率圖像外，A4C傳感器的優(yōu)勢(shì)還包括它可以應(yīng)用于一系列光場(chǎng)成像場(chǎng)景。光場(chǎng)成像是一種再現(xiàn)物體射線分布的技術(shù)，可以計(jì)算場(chǎng)景中的光線強(qiáng)度和光線源頭的精確方向，并將這些信息用于背景虛化（Bokeh）、再對(duì)焦（Refocus）和多視角（Multi-view）等計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用。
安森美AR0231AT
AR0231AT 是一款 1/2.7 英寸 CMOS 數(shù)字圖像傳感器，帶有1928Hx1208V有效像素陣列。它具有LED 閃爍抑制 (LFM)功能，可消除交通標(biāo)志和車輛 LED 照明中的高頻 LED 閃爍，讓交通標(biāo)志讀取算法能夠在所有照明條件下運(yùn)行。AR0231AT 使用最新的3.0微米背面照明 (BSI) 像素和安森美的DR-Pix技術(shù)，可提供雙重轉(zhuǎn)換增益，提高所有照明條件下的性能。它在線性、HDR 或 LFM 模式下捕捉圖像，可提供模式之間的幀到幀上下文切換。AR0231AT 還包含了支持 ASIL B 的功能。
高動(dòng)態(tài)范圍：在1928×1208和30 fps時(shí)具有4曝光HDR，或在1928×1208和40 fps時(shí)3曝光HDR；
數(shù)據(jù)接口：4?lane MIPI CSI?2, Parallel, 或4?lane High Speed Pixel Interface (HiSPi) Serial Interface (SLVS and HiVCM)；
具有靈活曝光比控制功能的高級(jí)HDR
可以選擇自動(dòng)或用戶控制黑色控制
幀到幀切換，支持多功能系統(tǒng)
支持?jǐn)U散頻譜輸入時(shí)鐘
支持多相機(jī)同步
多CFA選項(xiàng)
AR0231AT適用于汽車和ADAS應(yīng)用，比如1080p30視頻終端、高動(dòng)態(tài)范圍成像儀，以及ADAS + Viewing Fusion等。
ST VG5761
這種車規(guī)級(jí)全局快門傳感器分辨率為2.3Mp，3.2μm像素，采用IM2BGA封裝，具有HDR和超低噪聲功能，在近紅外（NIR）場(chǎng)景中可以最小化交叉干擾。VG5761傳感器適合高性能計(jì)算機(jī)視覺應(yīng)用。
其功能特性如下：
獲得AEC-Q100二級(jí)汽車認(rèn)證；
高動(dòng)態(tài)范圍（高達(dá)98dB線性）和高密度電荷存儲(chǔ)；
3.2 μm 像素 GS-HDR、單色、可見光和紅外光譜
光學(xué)格式：75 fps 下1.6 MP (1464 x1104) ，1/3”光學(xué)格式和微鏡頭；60fps 下2.3 MP (1944 x1204) ，1/2.5 英寸光學(xué)格式帶微鏡頭；
即使在近紅外（完美的像素封裝）下仍具有非常高的MTF；
帶數(shù)字 CDS 的低噪聲11位ADC；
從 RAW8 到 RAW16 分辨率的線性或壓縮輸出；
輸出接口：Mipi CSI-2 (4 x 0.8 Gbps)、并行12位(100 MHz)、相機(jī)控制接口（CCI）；
支持機(jī)器視覺應(yīng)用；
像素內(nèi) HDR 和背景底色模式，具有靈活的頻閃照明控制；
多達(dá) 4 個(gè) LED 控制輸出，與傳感器集成周期同步；
4 幀上下文可編程序列；
主/從外部幀啟動(dòng)控制；
嵌入式 16 位視頻處理管道，具有像素缺陷校正、高動(dòng)態(tài)范圍 (HDR) 合并與重影消除以及動(dòng)態(tài)可編程壓縮；
鏡像/翻轉(zhuǎn)/裁剪；
支持 2 和 4 二次采樣；
支持按 2 和按 4 分箱；
集成雙溫度傳感器；
工作結(jié)溫為 -40 °C 至 125 °C；
采用符合汽車標(biāo)準(zhǔn)的 IM2BGA 塑料封裝；
用于可見光和紅外應(yīng)用的大光譜鏡片，帶有雙增透膜；
支持ASIL B，例如CPU 冗余、嵌入式完全自檢、內(nèi)存和寄存器 ECC、安全管理器和電壓監(jiān)控；
單色微透鏡（針對(duì) 20 °C 和 0 °C 優(yōu)化的最大 CRA）
Top 5國產(chǎn)CMOS圖像傳感器
豪威OV60A
作為全球首款0.61微米像素高分辨率CMOS圖像傳感器，OV60A提供6000萬像素分辨率，像素尺寸僅為0.61微米，在同類產(chǎn)品中是最小的。OV60A采用1/2.8英寸光學(xué)格式，長(zhǎng)寬比配置為4:3或16:9。OV60A上的四合一彩色濾光片陣列使用近像素合并功能以四倍的靈敏度輸出高達(dá)1500萬像素的圖像，為預(yù)覽和原生4K視頻提供相當(dāng)于1.22微米的等效性能，并具有電子圖像穩(wěn)定（EIS）所需的額外像素。這款傳感器還支持用于“常開”感測(cè)的低功耗模式，與手機(jī)的人工智能功能配合使用時(shí)，可以節(jié)省寶貴的電池壽命。
性能參數(shù)如下：
自動(dòng)黑電平矯正（ABLC）
可編程控制用于幀率、鏡像和反轉(zhuǎn)、分箱、裁剪和視窗
支持動(dòng)態(tài)DPC
輸出格式支持：正常模式10位RGB RAW、ULP模式8位RGB RAW
支持水平和垂直二次采樣
支持環(huán)境光感應(yīng)（ALS）模式
支持超低功耗（ULP）模式
多達(dá)4路MIPI D-PHY TX接口，速度高達(dá)3.0 Gbps/路
2/3三重C-PHY接口，速度高達(dá)3.0 Gbps/trio
標(biāo)準(zhǔn)串行SCCB接口
HDR支持：交錯(cuò)HDR 2/3曝光時(shí)間
為了提高分辨率，同時(shí)降低像素尺寸和光學(xué)格式，OV60A采用豪威科技的PureCel?Plus-S晶片堆疊技術(shù)。與上一代0.7微米像素相比，新的0.61微米像素面積減少了24％，但是量子效率（QE）更高，串?dāng)_和角響應(yīng)更好。OV60A能夠以60幀/秒的速度輸出具有EIS分辨率的1500萬像素或4K/2K視頻，并支持交錯(cuò)式HDR定時(shí)，以實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)范圍視頻。“常開”的低功率模式包括用于喚醒的環(huán)境光感測(cè)模式以及低功率流模式。這款傳感器還支持雙I/O電壓軌（1.8V和1.2V）以及CPHY接口。
OV60A適用于智能手機(jī)、PC多媒體和視頻會(huì)議等。
思特威SC132GS
SC132GS采用思特威SmartGS技術(shù)，具有130萬BSI像素以及 2.7μm*2.7μm的光學(xué)尺寸，它擁有120fps高幀率，支持多種接口（MIPI/LVDS），采用COB/Fan-out封裝形式，感光度可達(dá)7000mV/Lux·s。
出色的快門效率（>99.99%）
支持單幀HDR
近紅外環(huán)境下?lián)碛谐吒卸?QE@940nm>40%)
120fps 高幀率
基于BSI Stacked工藝的全局快門技術(shù)
SC132GS搭載了單幀HDR技術(shù)，并結(jié)合改進(jìn)的PRNU性能和拐點(diǎn)偏差校準(zhǔn)功能，確保圖像傳感器在復(fù)雜的應(yīng)用（運(yùn)動(dòng)）與光照?qǐng)鼍跋聦?duì)于圖像信息的精準(zhǔn)捕捉，并在同類已有產(chǎn)品中擁有最高的QE性能數(shù)據(jù)。通過多種領(lǐng)先的技術(shù)優(yōu)勢(shì)結(jié)合，SC132GS在縮小像素尺寸和降低功耗的同時(shí)大幅優(yōu)化了快門效率及感光度，減少漏光和噪聲，并解決了包括“果凍效應(yīng)”在內(nèi)的諸多機(jī)器視覺成像問題。
SC132GS可為智能終端及時(shí)提供無形變、無偽影的高清可識(shí)別影像，為系統(tǒng)進(jìn)行精確判斷提供堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)，目前在已應(yīng)用于消費(fèi)級(jí)人臉識(shí)別、無人機(jī)避障識(shí)別、智能翻譯筆以及掃地機(jī)器人等智能終端。
格科微GC2053
格科微安防和車載高清感光芯片GC2053是一顆感光區(qū)為1/2.9英寸的全高清規(guī)格CMOS圖像傳感器，單個(gè)像素達(dá)到2.8*2.8微米，可通過DVP或MIPI接口實(shí)現(xiàn)30幀每秒的穩(wěn)定輸出。
其實(shí)安防和車載等領(lǐng)域的攝像頭應(yīng)用與手機(jī)端有很大的區(qū)別。很多監(jiān)控?cái)z像頭會(huì)安裝在室外的環(huán)境，汽車也會(huì)長(zhǎng)期遭受烈日暴曬。因此，圖像傳感器的工作溫度經(jīng)常會(huì)超過60℃，甚至更高。此外，監(jiān)控和汽車運(yùn)行的場(chǎng)景很多時(shí)候都發(fā)生在夜晚，那就對(duì)圖像傳感器在暗態(tài)下的性能表現(xiàn)也提出了很高的要求。如何去控制或解決在以上應(yīng)用環(huán)境中產(chǎn)生的噪聲、黑點(diǎn)、感光以及穩(wěn)定性方面的問題，改善傳感器成像質(zhì)量，提升消費(fèi)者使用體驗(yàn)，成為一款安防或車載產(chǎn)品能否成功的關(guān)鍵點(diǎn)。
從2018年開始，格科微對(duì)非手機(jī)領(lǐng)域產(chǎn)品的戰(zhàn)略投入持續(xù)加大，配備獨(dú)立的研發(fā)團(tuán)隊(duì)，應(yīng)用其先進(jìn)的像素工藝和電路設(shè)計(jì)工藝成功開發(fā)了一系列高性能產(chǎn)品。在高溫場(chǎng)景下，格科微產(chǎn)品通過降低Si界面缺陷, 抑制熱電子的捕獲與釋放, 從而達(dá)到降低暗電流與熱噪的效果（暗電流降低15%, 熱噪降低10%）。在低照環(huán)境下，GC2053產(chǎn)品采用暗信號(hào)讀出增強(qiáng)技術(shù)，可以保證光生電子的全部讀出, 從而降低黑點(diǎn)與暗信號(hào)非均勻度（DSNU）。實(shí)測(cè)表明，DSNU 降低了20%。
長(zhǎng)光辰芯GMAX
長(zhǎng)春長(zhǎng)光辰芯光電技術(shù)有限公司最新推出的GMAX是一款1.52億像素分辨率、全局快門CMOS芯片。GMAX是該公司GMAX系列像素分辨率最高的一款產(chǎn)品，也是目前市場(chǎng)上已知的分辨率最高的全局快門CMOS芯片。
GMAX與長(zhǎng)光辰芯已經(jīng)發(fā)布的GMAX（103 MP）采用相同的像素平臺(tái)，其滿阱容量可以達(dá)到9.3ke-，噪聲水平為4e-，使得其動(dòng)態(tài)范圍可達(dá)67.3dB。該芯片采用38對(duì)sub-LVDS進(jìn)行數(shù)據(jù)輸出，單通道速率為960 MHz，總數(shù)據(jù)率高達(dá)36.48Gbps ，采用12bit ADC，最高幀頻達(dá)16幀/秒，同時(shí)支持通道合并功能可靈活適配在多種工業(yè)相機(jī)接口。
GMAX采用183針μPGA陶瓷封裝，外形尺寸為68.2mm x 52mm，其封裝背部留有較大空白空間，以方便相機(jī)進(jìn)行散熱設(shè)計(jì)。
銳芯微BG0808
銳芯微BG0808 是一款1/2.7英寸、2M BSI超低照度圖像傳感器，有效像素為1928H x 1088V。它采用3uBSI像素，擁有極佳的感光靈敏度和信噪比，同時(shí)還支持2幀Stagger HDR曝光方式。它可實(shí)現(xiàn)高動(dòng)態(tài)范圍，最高支持60fps高幀率，同時(shí)支持單幀和多幀的曝光觸發(fā)；MIPI/DVP圖像輸出接口經(jīng)過特別的優(yōu)化，芯片面積和功耗大大提升了費(fèi)效比；高溫度工作范圍，完美適應(yīng)苛刻的工作環(huán)境。
其功能特性如下：
3um*3um 高靈敏度BSI pixel
單幀和多幀的觸發(fā)曝光操作
支持最多2-lane MIPI接口
自動(dòng)黑電平矯正
最高60fps@full frame
ADC量化精度最高12bits
BG0808適用于高端監(jiān)控、行車記錄儀和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)等。
免責(zé)聲明：本文系網(wǎng)絡(luò)轉(zhuǎn)載，版權(quán)歸原作者所有。本文所用視頻、圖片、文字如涉及作品版權(quán)問題，請(qǐng)第一時(shí)間告知，我們將立即刪除內(nèi)容！本文內(nèi)容為原作者觀點(diǎn)，并不代表本公眾號(hào)贊同其觀點(diǎn)和對(duì)其真實(shí)性負(fù)責(zé)。

攝像機(jī)圖像傳感器：圖像傳感器

收藏
查看我的收藏
0
有用+1
已投票
0
圖像傳感器
語音
編輯
鎖定
討論
上傳視頻
上傳視頻
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
編輯
語音
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)
編輯
語音
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
編輯
語音
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)。
[3]
詞條圖冊(cè)
更多圖冊(cè)
解讀詞條背后的知識(shí)
查看全部
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
共享交流電子行業(yè)資訊
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]

攝像機(jī)圖像傳感器：模擬高清和數(shù)字高清攝像機(jī)的區(qū)別，全局快門CMOS 圖像傳感器，Interline Transfer CCD圖像傳感器

一、視頻處理不同：

模擬高清攝像機(jī)輸出模擬視頻信號(hào)到后端DVR等設(shè)備。DVR通過最前端的DOCODE（采集芯片）將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)，首先得到的是half D1分辨率畫面, 再進(jìn)行壓縮后得到CIF畫面。數(shù)字?jǐn)z像機(jī)采用逐行掃描，后端是完整的一幀接一幀圖象接受。

數(shù)字高清攝像機(jī)最后輸出給后端混合DVRPDVRNVRPC電腦的是已經(jīng)壓縮過的數(shù)字視頻，不需要視頻采集芯片進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，直接由后端設(shè)備存儲(chǔ)起來，不需要占用CPU或DSP資源去壓縮視頻，從而節(jié)省了處理器資源，減低了對(duì)后端設(shè)備的配置要求。

二、視頻傳輸不同：

模擬高清攝像機(jī)輸出為的模擬信號(hào)，長(zhǎng)距離傳輸容易衰減，并且易受到電磁干擾，圖像質(zhì)量受影響。而數(shù)字高清攝像機(jī)則以數(shù)字信號(hào)方式傳輸，無論是多長(zhǎng)的傳輸距離，傳輸過程都沒有干擾煩惱與衰減，視頻傳輸無損傷。

模擬高清攝像機(jī)多年前就已經(jīng)上市，可如今使用量并不理想，主要因素在于數(shù)字視頻監(jiān)控系統(tǒng)成本價(jià)格較高，使很多用戶望而卻步；其次是其對(duì)網(wǎng)絡(luò)帶寬的要求較高，在許多情況下難以使用；再者就是其兼容性差，后端配套設(shè)備各廠家互不兼容。

三、視頻布線不同：

模擬高清攝像機(jī)如果集成了PTZ等控制與聲音，那么在布線方面就非常繁瑣。視頻線，音頻線，電源線，控制線都是獨(dú)立的，布線工作量大，并且布線成本高。

數(shù)字高清攝像機(jī)則可以將視頻線，音頻線，電源線，控制線4合為1，采用一根網(wǎng)線傳輸，布線簡(jiǎn)單，同時(shí)大大降低了布線成本與難度。

CMOS
全局快門CMOS 圖像傳感器

CMOS圖像傳感器能提供CCD圖像傳感器不具備的一些功能，內(nèi)部集成數(shù)字處理能力，如可在像素內(nèi)部將電荷轉(zhuǎn)為電壓，從而提供比CCD更快的幀率。而且，CMOS架構(gòu)支持用戶根據(jù)自己的需要設(shè)計(jì)小窗口輸出，使讀出更靈活。此外，CMOS的功耗低，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。雖然CCD圖像傳感器在成像質(zhì)量上仍處于領(lǐng)先地位，但隨著技術(shù)的發(fā)展，全局快門CMOS和CCD圖像傳感器的成像質(zhì)量的差異會(huì)越來越小。全局快門CMOS圖像傳感器的關(guān)鍵應(yīng)用包括檢驗(yàn)、醫(yī)療成像、運(yùn)動(dòng)分析、安防、顯微鏡及智能交通等等。

現(xiàn)代接口如USB3、USB3.1、10 GigE、Cameralink的帶寬，ROI模式用于定制的輸出選擇，開窗時(shí)速度以平方增加。

通用平臺(tái)框圖如圖3所示，通常用FPGA提供傳感器的外部控制信號(hào)，及作為傳感器的輸出轉(zhuǎn)換接口，同時(shí)做一些簡(jiǎn)單的圖像處理，并用USB3.0、GigE、Camera link等視頻接口輸出圖像。

CCD
Interline Transfer CCD圖像傳感器

Interline Transfer CCD 比Full frame CCD提供更多的功能性，它采用電子快門，比機(jī)械快門更簡(jiǎn)單穩(wěn)定，圖像一致性好，噪聲低，可用于對(duì)圖像品質(zhì)要求極為嚴(yán)格的機(jī)器視覺、監(jiān)控、智能交通、醫(yī)療和科學(xué)等領(lǐng)域。

相對(duì)于CMOS的設(shè)計(jì)，CCD的電源和時(shí)鐘要求比較嚴(yán)格，需要專門的水平時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)、垂直時(shí)鐘驅(qū)動(dòng)和電子快門驅(qū)動(dòng)，由于是模擬信號(hào)輸出，需要外部ADC將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)輸出，再經(jīng)FPGA處理，由USB3.0、GigE、Camera link等視頻接口輸出圖像。