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根據(jù)IC Insights的2017年OSD報(bào)告， CMOS圖像傳感器的銷售量將達(dá)到近幾年的最高水平。在第一波數(shù)碼相機(jī)和配備相機(jī)的手機(jī)強(qiáng)勁增長后，過去十年圖像傳感器的銷售趨于穩(wěn)定。然而，隨著汽車、醫(yī)療、機(jī)器視覺、安全、可穿戴系統(tǒng)，虛擬和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用以及用戶識(shí)別界面中的新嵌入式攝像機(jī)和數(shù)字成像應(yīng)用的發(fā)展，CMOS圖像傳感器的另一輪強(qiáng)勁增長已經(jīng)開始，索尼、三星、豪威科技紛紛推出新品，力爭在市場高峰期中奪得更多的市場份額。

三大廠商推出新品

2018年上海世界移動(dòng)通信大會(huì)(MWCS)上，三星電子的系統(tǒng)LSI業(yè)務(wù)(“S.LSI”)展示了其創(chuàng)新的半導(dǎo)體技術(shù)，增強(qiáng)了設(shè)備體驗(yàn)。圖像傳感器ISOCELL和移動(dòng)AP，Exynos等產(chǎn)品成為這次三星的核心展覽范圍。圖像傳感器ISOCELL以其最新的高分辨率攝影解決方案獲得了各大廠商的關(guān)注。據(jù)三星相關(guān)人士向記者透漏，ISOCELL系列旨在為需要超薄設(shè)計(jì)和高質(zhì)量相機(jī)的設(shè)備提供解決方案。

根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)，在全球ISP圖像傳感器市場，2017年索尼取得了31.5%份額，而三星以30.3%的數(shù)據(jù)屈居第二。在本次上海世界移動(dòng)通信大會(huì)(MWCS)大會(huì)之前，索尼于今年2月份在美國舊金山舉行的國際固態(tài)電路會(huì)議(ISSCC)上展示了一門新技術(shù)：擁有146萬像素的背照式CMOS影像傳感器。據(jù)索尼人員向記者提供的材料，新開發(fā)的這款并行模數(shù)轉(zhuǎn)換器能將所有同時(shí)曝光的像素模擬信號(hào)立即轉(zhuǎn)換為并行的數(shù)字信號(hào)。

在圖像傳感器領(lǐng)域，除了索尼、三星，還有一家公司頗受業(yè)界人士關(guān)注，那就是豪威科技。今年4月份，豪威科技同樣推出新品，發(fā)布了圖像傳感器家族中配備有突破性近紅外(NIR)技術(shù)的OS08A20。據(jù)記者了解，OS08A20是第一款結(jié)合Nyxel技術(shù)與豪威科技PureCel像素架構(gòu)的800萬像素傳感器，能夠在較弱的照明條件下，捕捉高清晰度的視頻和圖像。

“豪威科技最大的優(yōu)勢(shì)是其較為低廉的價(jià)格，高性價(jià)比讓豪威科技在早期就吃下了圖像傳感器的大部分市場。”拓墣產(chǎn)業(yè)研究院研究經(jīng)理蔡卓卲說。目前，圖像傳感器市場基本處于索尼、三星、豪威科技三強(qiáng)分立的局面，三大廠商為了鞏固地位，陸續(xù)推出了實(shí)力強(qiáng)勁的新產(chǎn)品，并積極提升各自的產(chǎn)品性能，在圖像傳感器領(lǐng)域內(nèi)，打響了市場爭奪戰(zhàn)。

圖像失真和像素隔離成為性能提升方向

專家表示，目前圖像傳感器主要利用飛行時(shí)間(ToF)技術(shù)和其他3D成像和距離測量技術(shù)實(shí)現(xiàn)新的三維傳感能力。ToF通過測量光檢測發(fā)射光(通常是紅外激光器或LED)反彈回傳感器所需的時(shí)間來確定和感知面部、手勢(shì)和其他事物的距離。CMOS技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到可以將ToF功能集成到小芯片模塊中，并且能集成到單個(gè)芯片的程度。

據(jù)索尼官方人士向記者透露，索尼最新的產(chǎn)品背照式CMOS影像傳感器可有效減少因逐行讀取像素信號(hào)而引起的圖像失真(焦平面失真)問題。目前，市面上的CMOS影像傳感器最大的問題便是失真問題，傳統(tǒng)的縱列A/D轉(zhuǎn)換方法中，逐行讀取由像素經(jīng)光電轉(zhuǎn)換產(chǎn)生的模擬信號(hào)，這種方式容易產(chǎn)生讀取時(shí)延，從而導(dǎo)致圖像失真(焦平面失真)。為了解決這個(gè)市場上普遍存在的問題，索尼在傳感器中加配了其最新研發(fā)的低電流緊湊型A/D轉(zhuǎn)換器，其最大的作用便是將所有來自同時(shí)曝光的像素模擬信號(hào)并行轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并將其暫時(shí)存儲(chǔ)在數(shù)字存儲(chǔ)器中。這種結(jié)構(gòu)能減少讀取時(shí)延導(dǎo)致的焦平面失真，因而具備了全局快門功能。

相比于索尼在圖像失真方面的進(jìn)步，三星此次推出的ISOCELL系列主要的亮點(diǎn)在于優(yōu)秀的像素隔離能力，傳統(tǒng)的ISOCELL傳感器是利用光電二極管上形成的金屬板來減少像素之間的干擾，但由于金屬會(huì)對(duì)入射光產(chǎn)生一定的反射或吸收，光損耗現(xiàn)象便會(huì)發(fā)生。此次新產(chǎn)品，三星采用了富士膠片股份有限公司(Fujifilm)開發(fā)的創(chuàng)新材料取代了金屬板，從而最大程度地減少了光損耗和光反射。根據(jù)官方數(shù)據(jù)，ISOCELL Plus系列的傳感器在色彩還原方面提升達(dá)15%。

“未來，圖像傳感器會(huì)由于畫面像素的提升，受限于CIS的面積與感光二極體的大小。因此，在不增大CIS尺寸下廠商不太會(huì)往提高畫素的方向發(fā)展。而會(huì)向改善CIS效率(例如進(jìn)光亮、光的消耗率等)方向推進(jìn)。除此之外，也會(huì)強(qiáng)化CIS本身以外的部分，來達(dá)到強(qiáng)化整體影像品質(zhì)的結(jié)果。例如索尼就在圖像傳感器內(nèi)加入DRAM，而一些廠商會(huì)向強(qiáng)化搭配的影像處理晶片等方向發(fā)展。”蔡卓卲說。

圖像傳感器迎來市場高峰期

根據(jù)行業(yè)分析機(jī)構(gòu)IC Insights公布的最新數(shù)據(jù)，CMOS圖像傳感器或?qū)⒅匦芦@得增長勢(shì)頭，而這個(gè)曾經(jīng)繁茂的光電子市場，將隨著新一代便攜式產(chǎn)品，如觸摸屏智能手機(jī)和平板電腦，以及設(shè)計(jì)用于汽車、醫(yī)療設(shè)備的嵌入式數(shù)字成像應(yīng)用的發(fā)展再次呈現(xiàn)較為強(qiáng)勁的的市場需求，CMOS圖像傳感器實(shí)現(xiàn)更穩(wěn)定的銷售增長。IC Insights預(yù)測，2018年全球CMOS圖像傳感器的銷量將連續(xù)第八年創(chuàng)下新高。預(yù)計(jì)到今年年底，CMOS銷售所帶來的收入將會(huì)比2017年增長約10%，達(dá)到137億美元。另一方面，根據(jù)市場研究機(jī)構(gòu)IHS Markit預(yù)測，2018年全球監(jiān)控?cái)z像頭的出貨量將超過1.25億顆，將會(huì)對(duì)圖像傳感器產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生持續(xù)高增長的市場需求。在這個(gè)巨大的市場中，對(duì)高分辨率和改進(jìn)夜視功能的監(jiān)控?cái)z像頭的需求越來越大，以準(zhǔn)確地捕捉圖像細(xì)節(jié)，同時(shí)保持低功耗。據(jù)悉，CMOS產(chǎn)業(yè)的持續(xù)高增長除了要?dú)w功于監(jiān)控?cái)z像采用多鏡頭的解決方案外，還要感謝圖像傳感器在智能駕駛、安防以及人工智能等領(lǐng)域的應(yīng)用。除此之外，在2017年的所有圖像傳感器銷售中，CMOS傳感器占比高達(dá)89%，而這一數(shù)據(jù)在10年前還只有54%。

毋庸置疑，2018年的圖像傳感器市場將迎來前所未有的高峰時(shí)期，CMOS圖像傳感器供應(yīng)商之間的競爭也正在升溫。索尼、三星、豪威科技、安森美半導(dǎo)體、意法半導(dǎo)體等公司已經(jīng)推出并開發(fā)了3D圖像傳感器。英飛凌還推出了采用ToF優(yōu)化CMOS技術(shù)的3D產(chǎn)品，進(jìn)入了圖像傳感器領(lǐng)域。

“隨著影像應(yīng)用與相機(jī)模組的需求越來越多，(圖像傳感器)這塊市場會(huì)越來越大，而對(duì)性能的要求也會(huì)越來越高階。當(dāng)然，市場利益也十分可觀。這會(huì)導(dǎo)致更多廠商投入圖像傳感器的生產(chǎn)和開發(fā)，即使廠商無法成為技術(shù)領(lǐng)頭羊，但依舊能在龐大的市場中分到一杯羹。”蔡卓卲說。

根據(jù)2017年IC Insights的OSD報(bào)告，汽車系統(tǒng)預(yù)計(jì)將成為CMOS圖像傳感器增長最快的應(yīng)用，2021年的增長率將達(dá)到48%，達(dá)到23億美元，占當(dāng)年市場總銷售額的14%。預(yù)計(jì)手機(jī)相機(jī)的CMOS圖像傳感器銷售額在2021年將以2%的增長率增長至76億美元，約占市場總量的47%，而2016年為67%(70億美元)。智能手機(jī)應(yīng)用程序正在從雙攝像頭系統(tǒng)中獲得提升，從而實(shí)現(xiàn)新的景深效果(稱為“散景”)，其專注于近距離拍攝對(duì)象，同時(shí)模糊背景，類似于高質(zhì)量單反的能力。