圖像傳感技術(shù)演進(jìn)，是否會影響CIS市場格局？

隨著移動時(shí)代的逐步演進(jìn)，我們也在手機(jī)上看到了越來越多的攝像頭，攝像頭里最關(guān)鍵的組件當(dāng)屬CMOS圖像傳感器（CIS）。

CMOS圖像傳感器可謂淵源已久，其工作原理的提出可以追溯至1960年代，但直至1990年代微加工技術(shù)的成熟，這項(xiàng)技術(shù)才開始逐步發(fā)展起來。雖然與CCD圖像傳感器一樣使用光電二極管，但制造過程和信號讀取的方式不同。CMOS圖像傳感器中，光線穿過微透鏡，經(jīng)過顏色濾波器再透過光電二極管生成電信號輸出，其數(shù)據(jù)效率比CCD更快，而且成本也更低。早期占據(jù)主導(dǎo)的CCD，也逐漸被改進(jìn)的CMOS奪去地位。

由圖中我們可以看出，索尼、三星和豪威是三大頭部廠商，占據(jù)了近80%的市場份額。而安森美、海力士和意法半導(dǎo)體等僅占據(jù)了一小部分。不難發(fā)現(xiàn)，CIS是一個高度集中的市場，不過，這并沒有影響各大廠商對CIS的布局?jǐn)U張。

為了搶占市場，各個CIS廠商又推出了哪些工藝和技術(shù)方向的創(chuàng)新呢？我們不妨一起來看看大廠的CIS布局方案。

索尼

索尼作為CIS的領(lǐng)軍廠商，在去年年底發(fā)布了CMOS的2x2 On-Chip Lens解決方案。該方案可以實(shí)現(xiàn)高速對焦，高分辨率，高感度和高動態(tài)范圍的圖像傳感器。

傳統(tǒng)OCL和2x2 OCL對比 / 索尼

如圖正是傳統(tǒng)OCL和2x2 OCL的區(qū)別所在，新的設(shè)計(jì)能夠?qū)崿F(xiàn)全像素相位差檢測，同時(shí)增強(qiáng)了相位差檢測性能（對焦性能）。傳統(tǒng)OCL并不能將所有像素用作相位差檢測，也就造成了只能局部對焦的窘境，而2x2 OCL的全像素相位差檢測可以對小物體時(shí)間高精度對焦。再者就是對焦性能的增強(qiáng)，比如低光環(huán)境下的聚焦等，而且傳統(tǒng)OCL只能將像素分割為左右檢測，所以水平方向紋理無變化的物體很難實(shí)現(xiàn)對焦，但2x2 OCL解決了這個問題，能夠適應(yīng)各種場景。

索尼還在今年的CES上推出了純電概念車VISION-S，車上裝配了33個傳感器，包括了普通CMOS傳感器和TOF傳感器。這些傳感器在智能手機(jī)相機(jī)上已經(jīng)很常見了，但這是第一次索尼如此大張旗鼓的展示自己在汽車上的方案實(shí)現(xiàn)。索尼同樣投資了基于CMOS支持的邊緣AI檢測技術(shù)，將與激光雷達(dá)等傳感器共同組建汽車的自動駕駛系統(tǒng)。但除了2018年底公布的IMX490外，索尼仍未公布下一代的汽車級CMOS型號。

三星

三星雖然是占有率第二的CIS廠商，但近年來卻有直超索尼的趨勢。三星不僅率先發(fā)布了首個0.7μm像素的CIS，同樣先發(fā)制人推出了64MP和108MP的高分辨率傳感器。而今年最亮眼的CIS當(dāng)屬用于Galaxy S20 Ultra主攝的S5KHM1了，這款傳感器擁有1.08億像素的分辨率，做到了0.8μm的像素大小。但其實(shí)最令人期待的是這款傳感器背后Nonacell技術(shù)的應(yīng)用。

ISOCELL九像素合成技術(shù) / 三星

幾大CIS廠商其實(shí)都有采用四合一的像素合成技術(shù)，索尼采用的是Quad Bayer，三星稱其為Tetracell，而豪威稱其為4-CELL。而Nonacell采用了九合一的像素合成技術(shù)，生成2.4μm的有效像素，是Tetracell光線吸收能力的兩倍以上。雖然更高的像素合成往往會導(dǎo)致干擾色的產(chǎn)生，但Nonacell通過ISOCELL Plus技術(shù)，極大降低了串?dāng)_，光損耗和光反射。運(yùn)用Nonacell技術(shù)，拍照可以在保持高質(zhì)量1200萬像素的情況下實(shí)現(xiàn)3倍變焦。

豪威

PureCel?Plus技術(shù) / 豪威

豪威在今年發(fā)布了OV48C和OV64C這兩顆分別為4800萬像素和6400萬像素的CIS，該CIS采用了豪威PureCel?Plus-S技術(shù)，加入了BCFA的濾色陣列和像素隔離（DTI）技術(shù)。其中，BCFA可以大幅提高在不同入射角下的光線采集精度。DTI技術(shù)則可以在像素間創(chuàng)造隔離墻以實(shí)現(xiàn)更好的主光線角度的精度，從而減少串?dāng)_。作為第二代PureCel?技術(shù)，該傳感器也在低光環(huán)境下提高了像素隔離的表現(xiàn)。

除了這三家頭部CIS廠商外，余下的CIS廠商也不甘落后，隨著像素尺寸都在慢慢逼近0.7像素微米大小的極限，大家都在積極擴(kuò)展CIS事業(yè)。

安森美

安森美的CIS主要用于汽車領(lǐng)域，去年，安森美為斯巴魯?shù)绕?a target="_blank">公司交付了1億個圖像傳感器，用在基于攝像頭的高級輔助駕駛系統(tǒng)上。這款CMOS圖像傳感器為AR0132AT，擁有1.2MP的分辨率，不僅做到了高動態(tài)范圍，低光敏度和可編程曝光模式，同樣達(dá)到了斯巴魯EyeSight駕駛輔助系統(tǒng)的安全性要求。

Hayabusa超曝光技術(shù) / 安森美

在去年的AutoSens展會上，安森美推出了針對汽車攝像機(jī)視覺系統(tǒng)的Hayabusa CMOS傳感器。該CIS采用了超曝光技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了LED閃爍抑制（LFM）和高動態(tài)范圍成像（HDR）。在汽車使用場景中，前照燈，尾燈等都會用到LED脈沖節(jié)省能源，但這種光線場景中，需要使用短曝光時(shí)間才能避免明亮部分過度飽和。但這樣做又會捕捉到光源熄滅的畫面，這種閃爍對駕駛員和輔助駕駛系統(tǒng)的判斷都會造成影響。超曝光技術(shù)可以提高5倍以上的像素容量，從而擴(kuò)展了高亮度下的動態(tài)范圍，于是可以用更長的曝光時(shí)間來捕捉光源，而不會產(chǎn)生過度飽和。

SK海力士

Black Pearl CMOS傳感器 / SK海力士

作為市場份額第五的CIS廠商，SK海力士也不甘人后，甚至可能成為上面三家的危險(xiǎn)對手。SK海力士已經(jīng)將利川市的一部分DRM工廠轉(zhuǎn)換為全新Black Pearl CMOS圖像傳感器的生產(chǎn)中心，并向手機(jī)制造商提供了4款新傳感器，打算與索尼的Exmor和三星的ISOCELL正面抗衡。根據(jù)SK海力士的市場評估，從2017年到2020年，智能手機(jī)上的攝像頭平均數(shù)將從2.2個增加至3.9個。

而SK海力士打算在第一季度推出1.0μm的Black Pearl CIS，同樣采用了和以上三家相近的Quad Bayer和Remosaic算法。其中HI-1634（16MP）和HI-2021（20MP）用于手機(jī)后置的超廣角鏡頭，而HI-847（8MP）和HI-1337（13MP）則用于長焦鏡頭，前者可以實(shí)現(xiàn)3倍光學(xué)變焦，后者則可以實(shí)現(xiàn)2倍光學(xué)變焦。SK海力士還打算在今年下半年推出0.8μm 48MP的高端競品。

目前主流廠商的CMOS方案都在逼近0.7μm的像素極限，CIS制程提升，暫時(shí)落后的CIS廠商將來也有逆轉(zhuǎn)格局的可能。

在智能手機(jī)領(lǐng)域，索尼和三星是其中領(lǐng)軍的龍頭廠商，而豪威和海力士等也在迎頭趕上。不論是濾色陣列的改進(jìn)，還是像素尺寸的縮小，隨著人們對智能手機(jī)成像質(zhì)量要求的提高，CIS的智能手機(jī)市場將迎來一波新的競爭。

但要論車規(guī)CIS市場，安森美的份額仍占優(yōu)勢，雖然索尼和三星也在布局汽車領(lǐng)域，相繼推出了幾款用于自動駕駛的CMOS傳感器。不過自動駕駛未來逐漸普及，或許會迫使他們在這方面加大研發(fā)力度。

除此之外，視覺物聯(lián)網(wǎng)、安防、工控、AR等領(lǐng)域上的CMOS傳感器也在持續(xù)發(fā)展，未來的CIS市場勢必會更加精彩。

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