三星CMOS图像传感器又有新进展，但这一次并非针对手机

电子发烧友网报道（文/吴子鹏）在当前的移动CMOS图像传感器领域，高端市场上演着索尼和三星的“二人转”，根据研究机构关于2021年Q1的CMOS图像传感器市场报告，三星和索尼并列市场第一，市场份额均为35%。

图源：Canalys

三星能够在移动CMOS图像传感器市场逐步吞噬索尼的份额，其中一个重要的原因是三星勇于创新。在智能手机市场，2019年三星推出1亿像素的CMOS图像传感器，这是小米最终选择三星的关键因素，而索尼则因为华为智能手机出货量大幅下滑，而导致自己的产品出货也备受影响。

近来，三星在CMOS图像传感器上面再一次传来重要突破，不过这一次并非面向智能手机市场，而是适用于其他移动设备。

据报道，三星高级技术研究所光子器件实验室的Jaesoong Lee及其同事通过将被称为超表面的亚波长纳米结构集成到直接位于CMOS图像传感器顶部的带通滤波器阵列中，开发出了一种紧凑型超光谱（meta-spectral）图像传感器。

这种创新的图像传感器第一个显著好处就是具有高光谱成像技术，能够获取到高光谱图像。相较于全色和多光谱成像，高光谱成像拥有更好的探测和识别能力，可以获得近似连续的地物光谱信息，能估计出多种被探测物的状态参量，大大的提高了成像高定量分析的精度和可靠性。

所谓高光谱图像就是在光谱维度上进行了细致的分割，不仅仅是传统所谓的黑、白或者R、G、B的区别，而是在光谱维度上也有N个通道。它将成像技术与光谱技术相结合，探测目标的二维几何空间及一维光谱信息，获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据。

在高光谱成像实现的过程中，有一项重要的技术是光栅分光原理。一个点对应一个谱段，一条线就对应一个谱面，因此探测器每次成像是空间一条线上的光谱信息，为了获得空间二维图像再通过机械推扫，完成整个平面的图像和光谱数据采集。为了让光照向不同的探测器，传统高光谱成像会选择棱镜分光，在棱镜的出射面镀了不同波段的滤光膜，使得不同方向的探测器可以采集到不同光谱信息，实现同时采集空间及光谱信息。

而三星的创新方法是将超表面带通滤波器阵列直接集成在CMOS图像传感器上，由于窄带通滤波是通过亚波长光栅结构而不是通过改变层的厚度来调谐的，因此所有信道都可以通过一步光刻工艺制造。这种方案简化了制造，并且与CMOS工艺完全兼容。

图源：三星

这样做的好处是显而易见的，不仅制造简单，而且与CMOS图像传感器兼容的特性能够让这种新方案适用于广泛的移动设备场景，包括生物传感、食品检测和移动医疗等。

目前，在一些科研级的无人机上，我们已经看到有无人机搭载高光谱成像相机，这些方案往往是轻型化+科研级高光谱数据的组合方案，能够配合无人机完成野外作业，比如区域地理覆盖。

在医疗领域，高光谱成像更是有着光明的前景，可用于疾病诊断、药物开发和细胞检测等领域，对于医疗从业者而言，高光谱成像就是一个三维的数据库，既包含了大量了光谱信息，也包含了大量的图像信息，当用于临床检测和药物研究等领域时，能够提供准确、全面、实时的信息，以帮助从业者做出更加准确的医疗判断。

因此，对于三星而言，通过将超表面带通滤波器阵列直接集成在CMOS图像传感器上，三星可以在传统CMOS图像传感器的基础上，进一步发挥高光谱成像的优势，成为其CMOS图像传感器新的增长点，这无疑是对三星致力于该领域研发的一份可观的回报。