1、登陆获取本报告及更多卓越报告。)图像传感器的历史沿革 1873年，科学家约瑟美(JOSePh May)及伟洛比史密夫 (WilloughbySmith)就发现了硒元素结晶体感光 后能产生电流，由此， 电子影像发展开始，随着技术演进，图像传感器性能逐步提升。 90年代末，步入CMoS时代。CMOS图像传感器走向商业化 1995年2月，Photobit公司成立，将CMOS图像传感器技术实现商业 化。 CMoS图像传感器经商业化后，发展迅猛，应用前景广阔，逐步取代CCD 成为新潮流。CMOS图像传感器的广泛应用 2001年月，PhOtObit被美光科技公司收购并获得许可回归加州理工 学院。与此同时
2、到2001年，已有数十家竞争对手崭露头角，例如 Toshiba, ST Micro, Omnivision, CMOS图像传感器业务部分归功于早 期的努力促进技术成果转化。后来，索尼和三星分别成为了现在全球市 场排名 第一，第二。CMoS传感器逐渐成为摄影领域主流，并广泛应用 于多种场合。CMOS图像传感器全球市场规模 2017年为CMOS图像传感器高增长点，同比增长达到20%。2018年，全 球ClS市场规模155亿美元，预计2019年同比增长10%,达到170亿 美元。 目前，ClS市场正处于稳定增长期，预计2024年市场逐渐饱和，市场规 模达到240亿美元。报告节选:CMOS图像传感器
3、CMOS图像传感器（CIS ）是模拟电路和数字电路的集（CF）,光电二极管（PD ）.像素设计。Lcsg微透镜：具有球形表面和网状透镜；光通过微透镜 时，ClS的非活性部分负责将光收集起来并将其聚焦 到彩色滤光片。彩色滤光片（CF ）:拆分反射光中的红、绿、蓝（RGB ）成分，并通过感光元件形成拜尔阵列滤镜。Bayer阵列滤镜与像素感光元件上的每个方块代表一个像素块，上方附着 着一层彩色滤光片（CF ） , CF拆分完反射光中的 RGB成分后，通过感光元件形成拜尔阵列滤镜。经 典的Bayer阵列是以2x2共四格分散RGB的方式成像 Quad Bayer阵列扩大到了4x4 ,并且以2x2的方式
4、将RGB相邻排列。滤镜上每个小方块与感光元 件的像素块对应，也就是在 每个像素前覆盖了一个特定 的颜色滤镜。比如红色滤镜 块，只允许红色光线投到感 光元件上，那么对应的这个 像素块就只反映红色光线的 信息。随后还需要后期色彩 还原去猜色，最后形成一张 完整的彩色照片。感光元件一Bayer滤镜一色彩还原， 这一整套流程，就叫做Bayer 阵列（I前照式（FSl）与背照式（BSI）早期的QS采用的是前面照度技术FSl （ FRONT-SIDE I （PD ）间夹杂着金属（铝，铜）区，大量金属连线的; ,阻碍了相当一部分光线进入到下一层的光电二极管（ 度技术BSl （ FRONT-SIDE ILLU
5、MINATED ）的结构下 的背面，意味着经拜尔阵列滤镜收集的光线不再众多4 BSI不仅可大幅度提高信噪比，且可配合更复杂、更大前面照度技术（FSl）CIS参数帧率帧率(Frame rate ):以帧为单位的位图图像连续出I 而想要实现高像素ClS的设计，很重要的一点就是Anal 和处理电路，便无办法以高帧率输出出来。传统CIS架构多组共月索尼早于2007年 ChUarfgarl发布了首款 EXmor传感器。Exmor 传感器在每列像素下方 布有独立的ADC模数转 换器，这意味着在QS芯 片上即可完成模数转换, 有效减少了噪声，大大 提高了读取速度，也简 化了 PCB设计。CMOS图像传感CM
6、oS图像传层CMoS图像传感;韦尔股份（豪/CMOS图像传感器全球市场规模 2017年为CMoS图像传感器高增长点，同比增长达到 预计2019年同比增长10% ,达到170亿美元。目前，ClS市场正处于稳定增长期，预计2024年市场退2500020%20152016201720182019e市场规模汽车图像传感 后视摄像(RV( 为5100万台 FV/MV全球名 万台，此后， 销量可达40090 “ 单位：百7后视摄像(RVC)全方位视图系 统摄像机监控系统(SVS)DMS/IMS 系统70602016ClS应用车载领域 一 一 , -* - - - 一 一 一车载领域的ClS应用包括：后视摄
7、像(RVC),全方位视图系统(SVS),摄像机监控系统(CMS),FV/MV , DMS/IMS系统。车载领域一HDR技术方法 HDR解决方案，即高动态范围成像,是用来实现比普i 时间复用。相同的像素阵列通过使用多个卷帘（交错卜 器兼容的最简单的像素技术。缺点：不同时间发生的书 空间复用。单个像素阵列帧被分解为多个，通过不同白 单帧中的运动伪影比交错的运动伪影少。缺点：分辨W 一微透镜的多个光电二极管。优点：在单个多捕获帧q 非常大的全井产能。时间复用技术ReadeShortRead Medl Reset ShortRedLongl ResateMedRest-Log车载领域一闪变抑制技术IB
8、多个集成周期（时间多路传输）。在每个整合期内对3 比LED源频率更高。多个光电二极管（空间多路复用）。使用较大的光电二 电二极管在整个帧时间内集成（减轻LED闪烁）。每个像素由两个光电二极管构成。其中包含一个大的5不灵敏光电二极管可在整帧中合并，从而减轻LED闪灼 势在于更大更复杂的像素架构、更复杂的读数和电路员闪变抑制技2谱灵敏度不匹配。车载领域阵列摄像机阵列摄像机是一种新兴的摄像机技术，是指红外灯白 备，可能是可行的LED检测解决方案。用于LED检测的低灵敏度摄像头可以实现图像融合的 主要优势在于亮度高、体积小、寿命长，效率高，引应用于车载端的阵列摄像机Zos-N ANNS O-OAr-A
9、车载领域一机器视觉传感器技术趋势全局快门。CMoS传感器有两种快门方式，卷帘快门不 读取速度，每列像素数量可达数千。任何一个转换器娄 高了帧速率。但整个传感器阵列仍必须转换为一个一Z 焦平面快门一样，卷帘快门对高速运动的物体会产生耳 慢，变形会更加明显；全局快门则大大改善了应用于1改进的近红外（NIR ）响应、高灵敏度滤色片阵列（R 处理、3D成像。应用于高度运动对象时的变形问题CIS应用一手机领域手机市场成长：智能手机智能手机多镜头应月尽管2019智能手机销量低迷,手机图像传感器的彳随着多镜头相机变得越来越普及，以及传感器尺二 有比以往更具价值的传感器型号。手机领域手机摄像头发展史主摄像头：
10、第一部拍照手机智能手机双摄/智能手机时代到来，主摄像头素质不断提升；目前，前置摄像头：自拍3D-sensing :前置摄像头素模组尺寸20mm x IOmm $20IOmm x IOmm 3Smm x Smm15Imm x Imm11拍照手机夏普2000年推出首部拍照手机双摄多摄G智能手机提升力后置摄像头：尺寸缩小前置摄像头：开始出现I尸Event #3自拍前置摄像头尺寸变大2000200520102015手机领域一手机摄像模组摄像模组构成：一 II镜头组+对焦马达+红外线滤SbKIlluminatConnectFlex-rigi1MQShVoice CcLenses S摄像模组CMOS决定照
11、片月手机领域主摄像素升级iPhone4iPhone55s6iPhone6siPh(5M单摄12M单摄8M单撮2013-201420152220102012-201420152(8M单摄1212M13M主摄 13M8M)Rft12M切 12M17M7VgP6P7/P8P9手机领域一CMOS迭代升级 随着技术的发展，越来越多的手机开始注重拍照的日 卖点之一。抛开镜头差异，成像质量与CMOS大小月 随着技术的发展，手机的CMOS也在日益增大，1/1 择。而更多手机也用上了 1/2.3英寸级的传感器。 作为手机CMoS最大的上游供应商，也研发出了堆走 增加了一层DRAM动态存储器，从而让感光元件具SO
12、NY1MX400CMOS : 1/23 单位像素：l22mIMX363CMOS面积:1/2.55单位像素：1.4mIMX519CMoS面积：1/2.6单位像素：122m1200万像素1600万32000万像素手机领域一光学变焦趋势 手机摄像头过去以像素升级为主；受CMOS尺寸限制 变焦有光学变焦与数码变焦两种。光学变焦通过光学 件算法来放大/缩小，通过插值计算，成像有损，有电 为了进一步提升手机成像素质，注重变焦能力；而传 往往会采用双摄变焦”，采用两个定焦镜头，利用 无法满足对光学变焦的需求了。三摄iPhone7p %plO华为p20长焦短焦双噩彩色+黑白双摄 彩色广角黑白广角彩色长焦2倍光
13、学变焦3倍光学变焦手机领域第四个摄像头：3D-ser 目前主流的3D深度摄像主流有两种种方案：结构1 结构光(StrUCtUred Light):结构光投射特定的3的光信号的变化来计算物体的位置和深度等信息，a TOF ( Time Of Flight) : TOF 系统是一种光雷达;过计算光脉冲从发射器到对象，再以像素格式返回至结构光手机领域手机摄像模组数量单只手机摄像模组需求量增加(mrr)3CarvwraModdM160从传统的单摄,到双摄市场渗 透率逐渐成为市场主流,再到 三摄、全隐藏式摄像头、3 D摄 像头的创新式开拓，单只手机 摄像模组的需求看涨。 iPhone Xv 小米8、OP
14、PO FlND X、三星 GalaXy S9+单 只摄像模组需求量均为4,;此 外，华为P20 PrO和Mate20 Pro均配备5组摄像模组。1401201008060iPhone Xe uo安防领域一视频监视技术发展历程闭路电视监控系统发展历程：录像带录像机(VCR ：(NVR ) o视频监控系统越来越复杂，性能也不断=宽动态范E安防领域当前监控摄像机类型高清摄像机宽动态范围摄， 集成宽动态范I 及图像处理技: 和极亮环境下:高清摄像头中使用的图像传 感器对分辨率的要求较高， 在60帧/秒等高帧率下能够实 现720P或108OP的清晰度。安防领域一红外线摄像技术 红外线摄像技术分为被动和主
15、动两种类型。 被动型：拍摄对象自身发射红外光被摄像机接受以成 类设备昂贵并且对周围环境不能良好反映，所以在夜 中基本不采用。 主动型：配置有红外灯主动向外发射红外辐射，使红 机接收反射回来的红外光，增强夜视能力。目前红外 基本都配置LED红外发光二级管。X射线紫外线可见光 红外线 无线电0.38m 0.76m 1000m近红外 短波红外中波红外 长波红外甚长波红外 远红，076m 1m3m5m14m30m红外感光材料及其感光范围安防领域红外光成像 红外线摄影术以成像为目标。伴随着电子上 展，红外线摄像技术逐渐演化出三个方向。O. 10 20 30.40 5 O 6 O 7外光可见光6810-红
16、外光无涂层的基材波长(m)数据来源：安防领域索尼STARVlS技术 普通红外摄像机配置的LED红外灯都存在使用寿命局佛 越低，摄像机的夜视效果也就越来越差。索尼针对这4 术的红外摄像机能在00001Lux的黑暗环境中拍摄形后 接近OLUX。所以带有索尼STARVlS技术的摄像机能在1每1m”象素面积对 应的灵敏度高达 200OmV以上彩色规格、F5.6、IS累计当量STA STARVlS是一种用于监控摄像机的CMOS图像传感器白 上的敏感性（彩色规格产品，当706cd m2光源成像E 实现了近红外区域的高品质成像效果。 采用STARVlS技术的监控摄像头可以直接在低照度环月 等补光，灵敏度是普
17、通监控摄像头的两倍。 最客观的比较传感器灵敏度的标准是像素内光子到电弓 需要传感器的其他参数。 STARVlS图像传感器灵敏度达到2000mV* /pm?以上 FI CMOS图像传感器的还要高。rnV/pm5000索尼STARVlS灵敏度优势相对灵敏度（F5.6=1）STARVIS （Bl 2 5平方勘米）传统技术（FI25平方青米）F1.2 F2 FZ 8 F4 F5.6 F6来源：索尼官网，西南证券整理索尼的A/D转换器能将多个像素模拟信号 同时处理转换为数字信号，暂时存储在数 字存储器中。这样可以消除读出时间误差 带来的焦平面失真问题，从而实现了全局 快门的功能。配置A D电路的产品垂B
18、8猫电直像素电路像素电路像奉电路像嘉电路垂直扫描电路0电络降噎电环升KADC水平扫描电路高速像素电踣像素电&低唉声像家电躇像靠电路,，IM降Ie电踣修嗫电言机五HL不MK丽 saa水平扫描电路索尼公司已推出19款用于安防监控的图像传感器JtSTARVISIMAX 38516 91/2IMAXl27 无SlARVlS1/3MAX2244:3 13无 SlMVIS IMAX2254:3 1/3J安防领域一APtina安防传感器APtina公司的ARO331图像传感器 APtirla公司推出具有宽动态范围、支持3D摄像头和S 境下高灵敏度的AR0331高清监控图像传感器，率先i 在线性模式和多重曝光
19、宽动态范围两种模式下108OP 率、60fps帧率的性能。该芯片采用了 1/3英寸光学桧 能在低于IIUX的弱光环境中工作，除了宽动态范围， 内置自适应区域色调映射功能。 AR0331图像传感器I 频，还在于它支持31 成本高一直是双摄像 慢。而AR0331图像 步工作。其中一个传3D摄像头的设计简不全球视频监控设备市场规模全球红外摄像机设备市场规模在2017年近30 亿美元，其中商用摄像机市场规模20亿美元, 军用摄像机市场规模10亿美元。预计2016- 2022年商用领域红外摄像机市场规模年均复合 增长率为5.6% ,军用领域的年均复合增长率为 8.8% 2022年市场总规模将近43亿美元
20、与其他具有更高产量和更高成本敏感性的市场相比，g 其封装步骤通常由设备制造商控制；图像传感器技术正逐渐在行业中创造颠覆性力量，从2 和中国出现更多新参与者，成为现有大型企业的潜在相组件传感器设计O设计工作室制造IDM或代工应用领域子分类牙科X射线口腔内，口外2X-Ray普通放射介入&外科胃肠道（下部不 影，肺动脉造景 透视，介入肿施 泌尿外科手术,内窥镜分子成像光学相干断层扫描超声成像计算机断层扫描柔性内窥镜硬性内窥镜胶囊内窥镜PET （正电子）SPECT （伽玛）OCT血管内OCT超声波检查血管内超声肺，心脏，骨玄 胃镜，结肠镜, 腹腔镜，手术. 胃镜检查，食电 神经病学，肿掘 心脏病学，
21、肿既 眼科，皮肤科 动脉粥样硬化 心脏病学，胃IS 动脉粥样硬化E疗影像一市场规模 医疗成像设备行业是一个巨大的350亿美元的市 场,2016-2022年预计复合年增长率达5.5%。 2016年，医疗传感器市场规模3.5亿美元，预计 2016-2022年复合增长率8.3% ,至J2O22年将达 6亿美元。医疗传感器市场GM20162022医疗设备市场(SB )医疗影像市场规模 CMOS传感器凭借其在通过更小的像素尺寸获得更高，越性在医疗影像领域得到越来越广泛的应用，未来市i CCD市场保持稳定。医用a-Si FPD因其简单性和大面）CMUT用于超声成像，可提供更高分辨率，更高速度不E疗影像一产
22、业链目前，整合程度CMOS图像传感器主要应用于X-Ray以及内窥卷*9.医疗 设备传感器组件传感器制造传感器设计H3iElQIhdhSmlII 砥:HOLOGC J:PHIUPSj jCMTStCTilIl L ，CaresTMVDOwandy ： ： CailoIl Mtl - )nkRavenceVieWOFKS TRdELL JVieWDTKS TltdELL j.DPaX :HOLDGICCmm DPsX :Ravence CMOS0-S/ / a-SeCIS医疗影像应用X-Ray X射线成像的第一次应用是在医疗领域，由WiIhelmR， 拓展到工业无损检测（NDT）以及安全领域。但医
23、疗FXWay探测设备市场规模$M 300025002000150010005000兽医Hlk安防医疗 2018年X射线探测设备市场价 值20亿美元，预计2018-2024 年复合年增长率5.9% , 2024年 达到28亿美元。 2018年,医疗领域市值达14.8 亿美元,占比约74% ,预计 2017-2024年复合增长率 4.5% , 2024年市值达19亿美一 一-CF- J LoQS医疗影像应用X Ray 目前，X射线成像几乎完全基于半导体技术。使用非晶 最大份额，其次是硅光电二极管阵列探测器。预计锢金 场，直接与aSi和CMOS竞争，但CMOS仍然是主流应 2018年,以CMOS X
24、Ray成像设备市场收入2.45亿美/CAGR2018-2014= 5.9%St08SM20182024年不同技术路线XRay探测QS医疗市场应用一内窥镜 内窥镜检查不但能以最少的伤害，达成观察人体内部器 或取出体内的异物。二十世纪末微创手术的发展进一2超小型CMOS图像传感器以及三部安装在 15mm外径内窥镜管内的高性能LED ,为活组 织提取银子提供有效的操作空间ClS医疗市场应用内窥镜 普通电子内窥镜：将微型图像传感器在内窥镜顶部代吝 窥镜与光纤内窥镜类似，有角度调节旋钮、充气及冲力 CMOS电子内窥镜：照明光源通过滤色片，变成单色3 过照明镜头照在受检体的器官粘膜。器官粘膜反射光令 图像传感器接收光图像，将其转换成电信号，再由信W 示在监控屏幕上。CMOS电子内窥镜可得到高清晰度目照明光纤普通电子内窥镜末梢布局图小直径视频内窥镜 发展历程视频内窥镜20122014 CIS模块的小型化是其应用于医疗设备的关键，特别是 关节镜，膀胱镜，尿道镜和宫腔镜。 背面照明（BSl）技术成功地 提高了 ClS模块的灵敏度，使 得更小像素成为可能。 新开发的图像传感器封装（如硅通孔（TSV ）技术）可 最大限度地减少QS模块所需 的占位面积。 微电子器件微装配的进步也 促进了 CIS的小型化。（西南）登陆获取本报告及更多卓越报告o立即体验请点击：FJ
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