CMOS图像传感器的简介和市场分析

CMOS传感器是生活中常用器件，在往期文章中，小编对CMOS摄像机、背照式CMOS、CMOS模拟开关等内容有所介绍。为增进大家对CMOS的了解，本文将基于两点介绍CMOS：1.什么是CMOS图像传感器，2.CMOS图像传感器市场分析。如果你对CMOS相关内容具有兴趣，不妨继续往下阅读哦。

一、CMOS图像传感器

CMOS图像传感器和CCD传感器，工作原理类似。用图4.1.3来说明，CMOS图像传感器并不像CCD那样把光生电荷移至电荷电压变化器，而是直接检测每个感光单元下的电荷。对CMOS来说，可以理解为将图4.1.3中的电荷电压转换电路集成到了每个CMOS 电容上（这个说法可能不是很准确，由于在分析仪器中CMOS用的比较少，所以没有详细查资料，大家可以讨论下）。

与CMOS图像传感器相比，CCD具有优良的动态范围、较小的背景噪声和较高的光灵敏度。不过，CMOS传感器对功率的要求比CCD要低很多，而且CMOS传感器的成本比CCD的低。在一些不要求高分辨率和低背景噪声的场合，CMOS用的比较多，像现在的中、低端手机的摄像头，基本都采用的是CMOS图像传感器。分析仪器、天文观测仪器、高档数码相机一般都是采用的CCD图像传感器。

CMOS图像传感器是一种典型的固体成像传感器，与CCD有着共同的历史渊源。CMOS图像传感器通常由像敏单元阵列、行驱动器、列驱动器、时序控制逻辑、AD转换器、数据总线输出接口、控制接口等几部分组成这几部分通常都被集成在同一块硅片上。其工作过程一般可分为复位、光电转换、积分、读出几部分。

在CMOS图像传感器芯片上还可以集成其他数字信号处理电路，如AD转换器、自动曝光量控制、非均匀补偿、白平衡处理、黑电平控制、伽玛校正等，为了进行快速计算甚至可以将具有可编程功能的DSP器件与CMOS器件集成在一起，从而组成单片数字相机及图像处理系统。

1963年Morrison发表了可计算传感器，这是一种可以利用光导效应测定光斑位置的结构，成为CMOS图像传感器发展的开端。1995年低噪声的CMOS有源像素传感器单片数字相机获得成功。

CMOS图像传感器具有以下几个优点：1）、随机窗口读取能力。随机窗口读取操作是CMOS图像传感器在功能上优于CCD的一个方面，也称之为感兴趣区域选取。此外，CMOS图像传感器的高集成特性使其很容易实现同时开多个跟踪窗口的功能。2）、抗辐射能力。总的来说，CMOS图像传感器潜在的抗辐射性能相对于CCD性能有重要增强。3）、系统复杂程度和可靠性。采用CMOS图像传感器可以大大地简化系统硬件结构。4）、非破坏性数据读出方式。5）、优化的曝光控制。值得注意的是，由于在像元结构中集成了多个功能晶体管的原因，CMOS图像传感器也存在着若干缺点，主要是噪声和填充率两个指标。鉴于CMOS图像传感器相对优越的性能，使得CMOS图像传感器在各个领域得到了广泛的应用。

二、CMOS图像传感器市场

CMOS图像传感器始于“拍照和录像应用”，盛行于“移动市场”，最近几年，又受到高附加值下游市场的驱动。那么，未来哪些将成为CMOS图像传感器的高增长领域呢？消费类、无人机、机器人还是VR？

CMOS图像传感器具有体积小、功耗低等优势，在CMOS图像传感器领域占有率达到90%。随着背照式和堆栈式技术等新型CMOS图像传感器技术的进步，以及双摄像头、3D摄像头陆续出现并成为智能手机的新卖点。再加上汽车、无人机、VR以及AR技术等新兴市场的推动，CMOS图像传感器正迎来新一轮的产业成长高峰。

1、消费市场依然占据主导地位

众所周知，移动端一直是CMOS图像传感器重要的市场。据预测，未来智能手机中将广泛采用双摄像头和3D摄像头，随着这两种应用的普及，CMOS无疑将迎来新一轮的爆发。同时这将驱动着CMOS图像传感器产业发生变化，从成像质量到人机交互，这是一个从成像到传感和用户界面的大转变。

2、汽车是增长最快的细分市场

汽车电子是CMOS图像传感器增长最快的细分市场，2015年全球销售额为4.8亿美元，占CMOS市场的4.8%，预计2020年销售额可达18亿美元，市场占比将达到11%。

ADAS系统的不断进步使得汽车上需要搭载后视、前视、环绕视CMOS摄像头，以直接获取周围环境的图像信息，实现前向碰撞预警、车道偏离警示、自动泊车、路况记录、车辆/行人/障碍物识别、车内环境监控等功能。目前高端汽车ADAS系统包含5-8个摄像头，未来随着无人驾驶技术的发展，汽车搭载的CMOS传感器数量有望超过10个。

3、医疗应用需求涌现

传统的电荷耦合设备（CCD）图像传感器技术已不能满足医疗图像抓取应用的需要。CMOS图像传感器凭借其六大优势席卷医疗电子应用，主要优势包括：系统集成度更高、动力要求较低、图像抓取功能更为灵活、界面智能化程度更高、动态范围更大、感光度更高。一些常用的医疗器械如医疗内窥镜均因为CMOS图像传感器使得性能有大幅度提升。

ams的CMOS图像传感器已经在以上这些领域广泛应用，ams CEO Alexander Everke就曾预测其他细分市场未来也有广阔的应用空间：“未来CMOS图像传感器将在3D建模、AR/VR、手势、脸部识别、3D扫描和游戏六大领域爆发。”

下游需求旺盛，产业竞争激烈，在CMOS图像传感器界占有重要地位的ams以一系列高性能的产品组合，并不断致力于技术创新的战略来面对。

4、面型图像传感器

包含CMV、CHR系列产品，广泛应用于工业视觉、科学研究、航天军事及医疗仪器相关领域。