Nyxel近紅外(NIR)技術：可在弱光條件下獲取清晰的圖像

圖像傳感器是利用光電器件的光電轉換功能將感光面上的光像轉換為與光像成相應比例關系的電信號。與光敏二極管，光敏三極管等“點”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，將其轉換成可用的電信號的一種功能器件。圖像傳感器分為光導攝像管和固態(tài)圖像傳感器。與光導攝像管相比，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、價格低等特點。因此在各個行業(yè)得到了廣泛應用。

CMOS圖像傳感器是一種典型的固體成像傳感器，與CCD有著共同的歷史淵源。CMOS圖像傳感器通常由像敏單元陣列、行驅動器、列驅動器、時序控制邏輯、AD轉換器、數(shù)據總線輸出接口、控制接口等幾部分組成,這幾部分通常都被集成在同一塊硅片上。其工作過程一般可分為復位、光電轉換、積分、讀出幾部分。

在CMOS圖像傳感器芯片上還可以集成其他數(shù)字信號處理電路，如AD轉換器、自動曝光量控制、非均勻補償、白平衡處理、黑電平控制、伽瑪校正等，為了進行快速計算甚至可以將具有可編程功能的DSP器件與CMOS器件集成在一起，從而組成單片數(shù)字相機及圖像處理系統(tǒng)。1963年Morrison發(fā)表了可計算傳感器，這是一種可以利用光導效應測定光斑位置的結構，成為CMOS圖像傳感器發(fā)展的開端。1995年低噪聲的CMOS有源像素傳感器單片數(shù)字相機獲得成功。

CMOS圖像傳感器具有以下幾個優(yōu)點：1)隨機窗口讀取能力。隨機窗口讀取操作是CMOS圖像傳感器在功能上優(yōu)于CCD的一個方面，也稱之為感興趣區(qū)域選取。此外，CMOS圖像傳感器的高集成特性使其很容易實現(xiàn)同時開多個跟蹤窗口的功能。2)抗輻射能力?？偟膩碚f，CMOS圖像傳感器潛在的抗輻射性能相對于CCD性能有重要增強。3)系統(tǒng)復雜程度和可靠性。采用CMOS圖像傳感器可以大大地簡化系統(tǒng)硬件結構。4)非破壞性數(shù)據讀出方式。5)優(yōu)化的曝光控制。值得注意的是，由于在像元結構中集成了多個功能晶體管的原因，CMOS圖像傳感器也存在著若干缺點，主要是噪聲和填充率兩個指標。鑒于CMOS圖像傳感器相對優(yōu)越的性能，使得CMOS圖像傳感器在各個領域得到了廣泛的應用。

10 月 14 日消息，從豪威官方獲悉，豪威集團近日發(fā)布了全新的 OS05B CMOS 圖像傳感器和 OS04L CMOS 400 萬像素(MP)圖像傳感器。

其中，OS05B 在 500 萬像素設計中結合了像素技術和量子效率(QE)，適用于專業(yè)和高端消費類安防攝像頭，如工業(yè)和工廠監(jiān)控系統(tǒng)、網絡攝像頭和高端嬰兒監(jiān)視器。OS05B 采用 1/2.78 英寸的光學格式以及基于 PureCel Plus 技術的 2.0 微米 BSI 像素設計工藝。這款圖像傳感器還采用了豪威集團的 Nyxel近紅外(NIR)技術，可在弱光條件下獲取清晰的圖像。

與 OS05A 相比，OS05B 的信噪比(SNR1)提高了 32%，940 納米近紅外波長下的量子效率提高了 24%。OS05B 還具有選擇性轉換增益 —— 高轉換增益能夠提高靈敏度，降低讀出噪聲水平，同時在弱光條件下實現(xiàn)最佳信噪比;而低轉換增益可在明亮環(huán)境下實現(xiàn)更高的滿阱容量。OS05B 能以 60 幀 / 秒的幀率捕捉高分辨率視頻，并具有二次曝光交錯式 HDR 支持功能。OS05B 支持 MIPI 和 LVDS 接口。

OS04L 則可為智能家居、門鈴、嬰兒監(jiān)視器、IP、高清模擬攝像頭等消費類安防設備帶來 2K 分辨率的數(shù)字圖像和高清(HD)視頻。此外，OS04L 圖像傳感器的 2.0 微米像素尺寸采用了豪威集團的 OmniPixel 3-HS 技術。OS05B 和 OS04L 將于 2022 年第四季度出樣，2023 年第一季度投入量產。

CMOS 圖像傳感器(CIS)是將光子轉換為電子進行數(shù)字處理，把圖像信 號轉換為數(shù)字信號的芯片，主要用于在數(shù)碼相機、數(shù)碼閉路電視攝像機和數(shù) 碼攝像機中的創(chuàng)建圖像，是數(shù)碼攝像頭的關鍵部件。由于攝像頭的功能包括 拍照、攝像、圖像識別、身份驗證等，數(shù)碼產品對 CMOS 圖像傳感器性能的 要求也越來越高。通常 CMOS 圖像傳感器主要由四個組件構成：微透鏡、彩 色濾光片(CF)、光電二極管(PD)、像素設計。

CMOS 圖像傳感器擁有較好的信號轉換能力，可以將直接在像素內將電 荷轉化為電壓，在性能上超過了傳統(tǒng)的 CCD 傳感器，當前，主流的攝像頭都使用 CMOS 傳感器進行信號轉換，CMOS 傳感器也被廣泛應用于智能手機、 數(shù)碼相機、自動駕駛、安防、IOT 等領域。

隨著智能手機攝像頭的升級，以及汽車市場的高速增長，全球 CMOS 圖 像傳感器市場規(guī)模持續(xù)走高。2021 年全市 CMOS 圖像傳感器銷售額為 213 億 美元，同比增長 2.89%。2021 年受疫情影響，加上手機市場低迷，CMOS 圖 像傳感器需求增速放緩，不過隨著 2022 年下半年消費市場復蘇，相應電子需 求恢復，CMOS 圖像傳感器市場增速將會恢復到 8%左右，預計 2025 年全球 CMOS 圖像傳感器市場規(guī)模為 290 億美元。

從下游應用領域來看，目前 CMOS 圖像傳感器最大市場為手機攝像頭， 2021 年 CMOS 圖像傳感器手機市場占比達到 75.9%，這主要得益于近幾年手機攝像往高分辨率、多攝像頭發(fā)展，現(xiàn)在高端機的攝像頭在 3-5 個之間，對 于 CMOS 的需求較大。從市場增速來看，汽車市場增長最快，2021 年汽車 CMOS 市場率已經達到 11.7%，隨著電動車滲透率的上升，以及智能駕駛的發(fā)展，單車 CMOS 傳感器的使用量也在大幅增長，預計未來五年內車用攝像頭將是 CMOS 市場增長的主要動力。

CMOS 圖像傳感器在國內還處于高速發(fā)展的階段，2021 年國內 CMOS 圖像傳感器銷售額為 295.4 億元，同比增長 19%，增速明顯快于全球，預計到 2024 年國內 CMOS 圖像傳感器市場規(guī)模將達到 516.5 億元，符合增長率為 20%。

從生產模式來看，CMOS 圖像傳感器企業(yè)主要分兩種，專注于 CMOS 芯 片設計的 Fabless 企業(yè)，比如索尼、韋爾股份(豪威科技)、思特威等。還有 從設計制造者到封裝測試全產業(yè)鏈都做的 IDM 企業(yè)，比如三星。當前 CMOS 芯片對于制程的要求并不是很高，芯片的主要技術壁壘在芯片設計一環(huán)，因 此主要的 CMOS 企業(yè)多以設計為主。

從競爭格局來看，CMOS 圖像傳感器市場屬于壟斷程度較高的市場， 2021 年前三大 CMOS 傳感器企業(yè)占有 75%的市場。索尼在行業(yè)中處于龍頭 地位，目前市占率約為 39%左右。其次是三星(23%)、韋爾股份(13%)。索尼的圖像傳感器主要應用在手機、相機、攝像等，三星的產品主要應用于自 己的手機端，韋爾股份的圖像傳感器則側重于安防和汽車。

手機攝像頭的制造成本主要由CMOS圖像傳感器、模組封裝、光學鏡頭、 音圈馬達、紅外濾光片等部分組成、其中 CMOS 圖像傳感器是攝像頭組成的 核心，也是最關鍵的技術，占據手機攝像頭成本的約 52%。

2021 年全球智能手機 CMOS 圖像傳感器市場規(guī)模為 151 億美元，同比 增長 3%。從市場增長來看，手機市場增速逐漸放緩，2021 年增速為近五年 來最低。受下游手機市場低迷的影響，CMOS 圖像傳感器需求增速減少，預計至 2025 年，智能手機領域的 CMOS 圖像傳感器銷售額為 169 億美元，復 合增長率在 3%左右。