<span style='color:red'>CMOS图像传感器</span>的工作原理及作用
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CMOS图像传感器的工作原理及作用

　　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。　　更确切地说,CMOS图像传感器应当是一个图像系统。一个典型的CMOS图像传感器通常包含:一个图像传感器核心(是将离散信号电平多路传输到一个单一的输出,这与CCD图像传感器很相似),所有的时序逻辑、单一时钟及芯片内的可编程功能,比如增益调节、积分时间、窗口和模数转换器。　　一、CMOS图像传感器基本工作原理　　首先，外界光照射像素阵列，发生光电效应，在像素单元内产生相应的电荷。行选择逻辑单元根据需要，选通相应的行像素单元。行像素单元内的图像信号通过各自所在列的信号总线传输到对应的模拟信号处理单元以及A/D转换器，转换成数字图像信号输出。其中的行选择逻辑单元可以对像素阵列逐行扫描也可隔行扫描。行选择逻辑单元与列选择逻辑单元配合使用可以实现图像的窗口提取功能。模拟信号处理单元的主要功能是对信号进行放大处理，并且提高信噪比。另外，为了获得质量合格的实用摄像头，芯片中必须包含各种控制电路，如曝光时间控制、自动增益控制等。为了使芯片中各部分电路按规定的节拍动作，必须使用多个时序控制信号。为了便于摄像头的应用，还要求该芯片能输出一些时序信号，如同步信号、行起始信号、场起始信号等。　　像素阵列工作原理　　图像传感器一个直观的性能指标就是对图像的复现的能力。而象素阵列就是直接关系到这一指标的关键的功能模块。按照像素阵列单元结构的不同，可以将像素单元分为无源像素单元PPS(passive pixel schematic)，有源像素单元APS(activepixel schematic)和对数式像素单元，有源像素单元APS又可分为光敏二极管型APS、光栅型APS.　　以上各种象素阵列单元各有特点，但是他们有着基本相同的工作原理。以下先介绍它们基本的工作原理，再介绍各种象素单元的特点。下图是单个象素的示意图。　　(1)首先进入“复位状态”,此时打开门管M.电容被充电至V,二极管处于反向状态;　　(2)然后进入“取样状态”.这时关闭门管M,在光照下二极管产生光电流，使电容上存贮的电荷放电，经过一个固定时间间隔后，电容C上存留的电荷量就与光照成正比例，这时就将一幅图像摄入到了敏感元件阵列之中了;　　(3)最后进入“读出状态”.这时再打开门管M,逐个读取各像素中电容C上存贮的电荷电压。　　无源像素单元PPS出现得最早，自出现以来结构没有多大变化。无源像素单元PPS结构简单，像素填充率高，量子效率比较高，但它有两个显着的缺点。一是，它的读出噪声比较大，其典型值为20个电子，而商业用的CCD级技术芯片其读出噪声典型值为20个电子。二，随着像素个数的增加，读出速率加快，于是读出噪声变大。　　光敏二极管型APS量子效率比较高，由于采用了新的消噪技术，输出图形信号质量比以前有许多提高，读出噪声一般为75~100个电子，此种结构的C3&适合于中低档的应用场合。　　在光栅型APS结构中，固定图形噪声得到了抑制。其读出噪声为10~20个电子。但它的工艺比较复杂，严格说并不能算完全的CMOS工艺。由于多晶硅覆盖层的引入，使其量子效率比较低，尤其对蓝光更是如此。就目前看来，其整体性能优势并不十分突出。　　二、CMOS图像传感器应用　　1.数码相机　　人们使用胶卷照相机已经上百年了,20世纪80年代以来,人们利用高新技术,发展了不用胶卷的CCD数码相机。使传统的胶卷照相机产生了根本的变化。电可写可控的廉价FLASH ROM的出现,以及低功耗、低价位的CMOS摄像头的问世。为数码相机打开了新的局面,数码相机功能框图如右下图所示。　　从图中可以看出,数码相机的内部装置已经和传统照相机完全不同了,彩色CMOS摄像头在电子快门的控制下,摄取一幅照片存于DRAM中,然后再转至FLASH ROM中存放起来。根据FLASH ROM的容量和图像数据的压缩水平,可以决定能存照片的张数。如果将ROM换成PCMCIA卡,就可以通过换卡,扩大数码相机的容量,这就像更换胶卷一样,将数码相机的数字图像信息转存至PC机的硬盘中存贮,这就大大方便了照片的存贮、检索、处理、编辑和传送。　　2.CMOS数字摄像机　　美国Omni Vison公司推出的由OV7610型CMOS彩色数字图像芯片和OV511型高级摄像机以及USB接口芯片所组成的USB摄像机,其分辨率高达640 x 480,适用于通过通用串行总线传输的视频系统。OV511型高级摄像机的推出,可使得PC机能以更加实时的方法获取大量视频信息,其压缩芯片的压缩比可以达到7:1,从而保证了图像传感器到PC机的快速图像传输。对于CIF图像格式,OV511型可支持高达30帧/秒的传输速率、减少了低带宽应用中通常会出现的图像跳动现象。OV511型作为高性能的USB接口的控制器,它具有足够的灵活性,适合包括视频会议、视频电子邮件、计算机多媒体和保安监控等场合应用。　　3.其他领域应用　　CMOS图像传感器是一种多功能传感器,由于它兼具CCD图像传感器的性能,因此可进入CCD的应用领域,但它又有自己独特的优点,所以开拓了许多新的应用领域。除了上述介绍的主要应用之外,CMOS图像传感器还可应用于数字静态摄像机和医用小型摄像机等。例如,心脏外科医生可以在患者胸部安装一个小“硅眼”,以便在手术后监视手术效果,CCD就很难实现这种应用。　　4.应用于X光机市场　　在牙科用X光机市场上,用于从口腔内侧给1～2颗牙拍摄X光片的小型CMOS传感器在欧洲已达到实用水平,在美国也在推广。而在从口腔外侧拍摄全景X光片的X光机领域,今后仍将以CCD传感器为主。
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发布时间：2023-09-13 10:58 阅读量：1547 继续阅读>>
全球<span style='color:red'>CMOS图像传感器</span>稳步增长
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全球CMOS图像传感器稳步增长

　　据报道最近发表的一份报告，全球 CMOS 图像传感器市场预计在预测期内（即 2022-2031 年）以 6.32% 的复合年增长率增长，预计到 2031 年将达到 395.4 亿美元。对高清图像捕捉设备不断增长的需求预计将推动市场增长。　　例如，索尼公司于 2019 年 6 月推出了 IMX485 型 1/1.2 4K 分辨率背照式 CMOS 图像传感器和 IMX415 型 1/2.8 4K CMOS 图像传感器。索尼创造了这两款安防摄像头传感器，以满足不断增长的需求一系列监控应用中的安全摄像头，例如防盗、灾难预警和交通监控系统，或商业综合体。　　此外，医疗保健行业对 CMOS 图像传感器的需求不断增长。它们通常用于在手术过程中观察病人。美国国家医学图书馆最近的一份报告指出，全世界每年进行的主要手术数量达到惊人的 3.1 亿次，其中 4000 至 5000 万次发生在美国，2000 万次发生在欧洲。　　CMOS 图像传感器广泛用于安全和监控目的。CMOS图像传感器具有将光电信号转换为数字信号的能力。安全是每个人最关心的问题。因此，由于盗窃和犯罪事件的增加，预计将安装更多具有 CMOS 传感器的安全摄像头，从而促进市场增长。据估计，大约 82% 的窃贼在闯入之前会检查警报系统是否存在。　　但是，由于隐私问题，它们不能随处安装。因此，许多组织提出了有望推动市场发展的创新想法。例如，2021 年 12 月，佳能发布了一款全新的户外 4K 摄像机，既可以用作传统摄像机，也可以用作安全摄像机。此外，它还可以组合 4K UHD CMOS 图像传感器捕获的每个 4K UHD 像素。　　按照报告，全球 CMOS 图像传感器市场分为五个主要区域，包括北美、欧洲、亚太地区、拉丁美洲以及中东和非洲地区。　　到 2031 年底，亚太地区的 CMOS 图像传感器市场预计将获得 177.593 亿美元的最大收入。政府对智慧城市的举措预计将推动市场增长。印度电子和信息技术部委托 ERNET India 和 IISc 开发 LoRa 网关（极网关），这是一种低成本的计算设备，可以连接摄像头、温度、湿度、空气质量和其他传感器。这是　　此外，北美地区预计将进一步增长，到 2031 年底收入将达到 125.79 亿美元，2022-2031 年的复合年增长率为 6.14%。对智能手机的需求增加推动了市场增长。到 2025 年，美国大约 85% 的移动用户预计将拥有智能手机。包括智能手机、电视、可穿戴设备等在内的各种电子产品都包含该地区需求巨大的传感器。许多智能手机制造商在其智能手机中使用图像传感器。例如，小米 12S Ultra 智能手机包含世界上最大的智能手机传感器。作为新系列的一部分，小米推出了 12S 系列，其中包括徕卡设计的 Ultra。　　根据报告，到 2031 年底，消费电子领域的收入预计将达到 270.104 亿美元。消费电子领域对 CMOS 的需求增加预计将推动市场增长。这种 CMOS 技术广泛用于智能手机。CMOS 以使用更少的功率而闻名，因此它们在智能手机中的需求正在增加。它不是在单个实例中捕获整个图像，而是以扫描类型的方式捕获图像。        此外，带有 CMOS 传感器的相机具有更好的饱和能力，因此许多制造商将其安装在他们的智能手机中。例如，安森美半导体推出了 XGS 系列中最新的 CMOS 图像传感器。称为 XGS 16000 的 16Mp 传感器可为工厂中的机器人和检测系统提供出色的全局快门成像。XGS 16000 以低功耗提供出色的性能，同时为典型的 29 x 29 毫米工业相机提供最高分辨率，在 65FPS 时仅消耗 1 瓦。在北美，到 2031 年底该部门的收入最大，为 85.764 亿美元，而在亚太地区，该部门预计到 2031 年底将实现 121.243 亿美元的最大收入。　　预计到 2031 年底，背面照明 (BSI) 部分将获得最大的收入，在预测期内以 6.68% 的最高复合年增长率增长。这种增长可归因于 BSI 技术在高质量和更高像素相机中的使用越来越多。智能手机生产商对 BSI 技术的偏好正在增加，预计这也将带动需求增长。例如，索尼在 4200万像素的 Sony Alpha A7R Mark II 中添加了一个 BSI 全画幅传感器。Sony Cyber-shot RX10 II 和 RX100 IV 均具有“堆叠式”传感器，可实现更快的连拍和高速视频录制。在亚太地区，该细分市场预计在预测期内以 7.34% 的复合年增长率增长。
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发布时间：2022-12-12 10:53 阅读量：2330 继续阅读>>
安森美推出XGS系列<span style='color:red'>CMOS图像传感器</span>
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安森美推出XGS系列CMOS图像传感器

　　安森美推出XGS系列CMOS图像传感器。该系列图像传感器能够以每秒60 帧的帧速率运行8K视频，基于3.2 微米的全局快门像素，即使在高分辨率下也能提供出色的图像质量和一致性，提供从200 万像素到4500 万像素的分辨率选择，用两套硬件电路板就可以兼容总共11 个分辨率，可以根据应用需求选择不同的分辨率，加快设计时间。       其中，XGS 45000用于分辨率要求高、需要高速数据捕获和传输的应用，而XGS 12000性价比高，能以90 fps捕获清晰的高分辨率图像。　　人工智能创新产品——AR0234CS图像传感器　　AR0234CS图像传感器曾在“2021年中国人工智能卓越创新奖”评选中获选为“最具创新价值奖”。        目标应用如AMR机器人，AGV无人机，门禁，条码读取以及机器视觉相机及视频监控摄像机等，能够输出每秒120帧的全分辨率图像，适用于大部分传统的工业检测、自主移动机器人、工业扫码、双目深度测量等应用。
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发布时间：2022-11-16 11:32 阅读量：2527 继续阅读>>
索尼2020半导体事业部净利拦腰斩？<span style='color:red'>CMOS图像传感器</span>需求严重下滑
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索尼2020半导体事业部净利拦腰斩？CMOS图像传感器需求严重下滑

CINNO Research 产业资讯，索尼株式会社近日公布了 2020 年度（2020 年 4 月 -2021 年 3 月期间）Imaging&Sensing·Solutions 事业部（I&SS=半导体事业部）的年度业绩预测，销售额去年同比下滑 7%，为一兆日元（约人民币 600 亿元），营业利润去年同比下滑 45%，为 1,300 亿日元（约人民币 78 亿元），主要是受到新冠肺炎引起的智能手机、数码相机的需求低迷的影响。 索尼下调了半导体相关的设备投资额（图片来源：limo）智能手机、数码相机方向需求下滑在一兆日元的销售额预测中，图像传感器（CMOS）预计为 8,700 亿日元（约人民币 522 亿元），去年同比下滑 6%。作为主力的移动端产品销售额预计会低于 2019 年的实绩。主要受到以下影响：大型客户终端产品的销售下滑、智能手机市场的减速和向中低端手机的切换、中国客户大幅度调整零部件·产品库存等。 就移动传感（Mobile Sensing）产品而言，由于各家智能手机厂商推迟采购时间、已量产的旗舰机种的销售低迷，因此 2019 年后不会获得增长。索尼表示“收益下滑的近三分之一的原因在于移动传感”，ToF（Time of Flight）传感的需求也低于预期。 此外，就 AV（Audio Visual）产品而言，索尼预测用于数码相机的传感器会出现“三年的市场规模萎缩成一年”现象，因此预计会出现大幅度的收益下滑。此外，2019 年增加的研发费用、为市场增长而实施的增产投资等因素带来的折旧问题也是收益减少的主要原因。 下调约 500 亿日元（约人民币 30 亿元）的设备投资额 索尼原计划在 2018 年 -2020 年三年间合计进行约 7,000 亿日元（约人民币 420 亿元）的设备投资，如今下调至 6,500 亿日元（约人民币 390 亿元）。而且索尼还利用今年的剩余产能来提高战略性库存以大幅度减少设备投资，且将重新评估 2021 年及以后的投资计划。因此，2020 年的设备投资额为 2,600 亿日元（约人民币 156 亿元），其中图像传感器投资为 2,400 亿日元（约人民币 144 亿元）。 补充一下，索尼的迄今为止的设备投资实绩如下：2018 年为 1,463 亿日元（约人民币 87.78 亿元，其中图像传感器方向的投资为 1,289 亿日元），2019 年度为 2,768 亿日元（约人民币 166.08 亿元，其中图像传感器方向的投资为 2,657 亿日元）。 此外，索尼还表示，计划 2020 年内确保 13.8 万个的产能（用 300mm 换算），2020 年下半年在现有 13.8 万个产能的基础上再增加部分产能，确保产能在接近于最初计划的水平。 预计 2021 年下半年行情恢复据索尼预计，图像传感器的需求恢复期在 2021 年下半年，在此之前，高端智能手机停止下跌，中国客户的过剩库存也会得以消耗，因此，为了业务能够再次步入增长轨道，会将产品用途拓展到具有 AI 功能的边缘传感器 (Edge Sensor)。 作为搭载 AI 的产品，索尼已经在实现了两款全球首例搭载 AI 处理功能的智能视觉传感器的商业化，且于四月开始样品交货。AI 产品采用“像素芯片”（搭载约 1230 万个背面照射型像素）和逻辑芯片叠压的构造，利用 AI 在传感器内部处理“图像芯片”获取的信号，仅提取必要数据、达到缩短云服务时数据传输的时延、保护隐私、削减功耗、降低通信成本等效果。 4-6 月期间收益下滑 11% 从索尼近期公布的 2020 年 4-6 月期间的 I&SS 业绩来看，销售额去年同比下滑 11%，下滑至 2,062 亿日元（约人民币 123.72 亿元），营业利润去年同比下滑 49%，下滑至 254 亿日元（约人民币 15.24 亿元），其中图像传感器的销售额同比下滑 8%，为 1799 亿日元（约人民币 107.94 亿元）。主要受到用于移动终端的组合产品（Mix）的低迷、数码相机方向产品的销售数量低减的影响，以及模拟 LSI、显示原件（Display Device ）的大幅下滑的影响。 （图片来源：limo） 2020 年 4-6 月的月产能为 13.3 万个，索尼计划将 2020 年 7-9 月的月产能扩至 13.5 万个。2020 年 4-6 月的晶元投片量为 12.6 万个（稼动率为 95%），2020 年 7-9 月期间的晶元投片量计划为 11.2 万个（稼动率为 83%），加强调整移动终端方向和数码相机方向产品的生产。2020 年 4-6 月期间库存金额为 2,900 多亿日元（约人民币 174 亿元），预计下半年的工厂稼动率不足 90%，计划在年底之前再增加一部分库存。
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发布时间：2020-09-28 00:00 阅读量：1560 继续阅读>>
疫情冲击，<span style='color:red'>CMOS图像传感器</span>销量恐现十年首跌
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疫情冲击，CMOS图像传感器销量恐现十年首跌

市调机构IC Insights最新发布的报告指出，受疫情影响，预计2020年CMOS图像传感器的销量将会出现十年来的首次下滑，不过，预计到明年将会反弹，甚至出现创纪录的新高...CMOS图像传感器(CMOS image sensors、CIS)需求近些年一路高涨表，销售连年创下新高。不过这一傲人纪录可能会在今年因疫情中断。据IC Insights发布的《2020 O-S-D Report—A Market Analysis and Forecast for Optoelectronics, Sensors/Actuators, and Discretes》报告显示，预计2020年受疫情影响，CMOS图像传感器的销量将会出现十年来的首次下滑，但是明年将会出现反弹，甚至出现创纪录的新高。报告指出，受智能手机等应用等刺激，CMOS图像传感器过去十年需求爆发，增幅傲视其他半导体品类。数据显示，从2010年到2019年，CMOS图像传感器销售额翻了两番，在去年达到了184亿美元。值得注意的是，在过去的九年中，CMOS图像传感器连续九次创下了销售记录，但是IC Insights的报告认为，这一情况将会在2020年结束。受疫情影响，CMOS图像传感器的销售额将会在2020年下降至178亿美元，增长率也会降到 4%，远不及2019年的30% 。不过报告也认为，这一数值会在2021年反弹到15%，销售额达到204亿美元。此外，报告还指出，在过去的十年（2010-2019年），CMOS图像传感器的销售额从2010年的45亿美元，增长到2019年的184亿美元。年复合增长率(CAGR)为16.9%，远胜其他半导体产品种类：微处理器销售额年复合增长率为5.9%，NAND闪存的增长率为7.8%，非光学传感器的增长率为10%，整个半导体市场的年增长率为3.7%，只有压力传感器的年复合增长率能勉强追平CMOS图像传感器。报告还指出，在本世纪初的十到十五年间，CMOS图像传感器的增长主要由智能手机所推动，但是随着智能手机市场饱和，这一增长趋势正在放缓，而嵌入式数字成像系统的发展将掀起新一轮的增长，包括用于汽车安全的摄像头，ADAS，机器视觉，医疗应用，面部识别等，最为重要的是，越来越多的高分辨率CMOS图像传感器也将被用于智能手机中。
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发布时间：2020-06-15 00:00 阅读量：1445 继续阅读>>
新应用蓬勃发展,全球<span style='color:red'>CMOS图像传感器</span>销售额年年创新高
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新应用蓬勃发展,全球CMOS图像传感器销售额年年创新高

由于车载应用、机器视觉、人脸识别与安防监控的快速发展，以及越来越强大的手机拍照功能（译者注：例如双摄像头或三摄像头），全球CMOS图像传感器销售额屡创新高，市场调研机构IC Insights统计，2017年销售额为125亿美元，同比增长19%，预计2018年CMOS图像传感器销售额有望达到137亿美元，同比增长10%，将连续八年创历史记录。再向后看，该机构认为，一直到2022年，CMOS图像传感器都将保持出货量与销售额年年创新高的趋势。IC Insights在其最新报告中指出，CMOS图像传感器应用范围不断拓展，新兴应用持续涌现，一直在蚕食CCD（电荷耦合器件）的市场份额。由于智能手机市场日趋成熟，2016年CMOS图像传感器增长仅有6%，但非手机应用市场飙升，导致CMOS传感器市场在2017年同比大增19%，对比一下，CCD就异常惨淡，2016年尚增长5%，但2017年竟然下跌2%，销售额为16亿美元。把时间拉长，可以看到CMOS传感器逐步战胜CCD传感器的轨迹，2007年CMOS传感器销售额占整个图像传感器销售额比例为54%，2012年升至74%，到2017年位89%。出货量方面，2007年CMOS传感器出货量占图像传感器总出货量的63%，2012年为64%，2017年比例升至81%。新型CMOS图像传感器持续提升性能、增加功能，在光度等级、拍照速度与分辨率等方面CMOS传感器都在不断改善，并针对安防监控、机器视觉、人脸识别、手势交互、虚拟与增强现实，以及医疗系统等应用集成了更多专用功能。在智能手机行业，由于拍照效果更好，双摄像头（使用两颗传感器）方案日趋流行，这也拉动了CMOS图像传感器市场需求。2017年，拍照手机用图像传感器占CMOS传感器销售额比例为62%，预计到2022年，这一比例将下降至45%。未来5年，车载应用将是CMOS图像传感器各主要应用市场中增速最快的方向，IC Insights预计2022年车载CMOS图像传感器销售额可达28亿美元，年复合增长率高达38.4%。而手机用摄像头增长势头势头一般，预计2022年销售额为86亿美元，年复合增长率仅为2.2%。
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发布时间：2018-05-10 00:00 阅读量：1528 继续阅读>>

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