【導讀】隨著(zhù)國家不斷推進(jìn)新基建（5G基站、特高壓、工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)、軌道交通、大數據中心、新能源汽車(chē)和充電樁、人工智能），為經(jīng)濟發(fā)展注入新動(dòng)力，其中圖像傳感器是新基建設備和工業(yè)環(huán)境的各種狀態(tài)信息獲取的重要載體，了解目前圖像傳感器的市場(chǎng)需求和應用場(chǎng)景至關(guān)重要。
市場(chǎng)分析
圖1 CMOS傳感器市場(chǎng)規模預測和品牌占比
（來(lái)源于bilibili網(wǎng)站 作者Neon 致遠《智能駕駛系列二：CMOS圖像傳感器》）
從圖1可以看出，2021-2026的預測到年復合增長(cháng)率CAGR在8-11.8%之間，屬于穩步增長(cháng)趨勢，主要是消費電子、安防、電動(dòng)汽車(chē)、醫療等行業(yè)帶來(lái)的需求增長(cháng)，目前SONY占據近40%市場(chǎng)份額，三星是25%，豪威是13%，Onsemi是4.5%。
CMOS圖像傳感器（CIS）原理
圖2 CMOS圖像傳感器內部信號框圖
參照圖2信號鏈路，光子透過(guò)濾色片，進(jìn)入CMOS 光電二極管PD轉化成電子，并捕獲到勢阱里（potential well）完成積累。勢阱里的電子被浮動(dòng)擴散節點(diǎn)FD轉移并儲存到CFD電容里，其中量子效率QE用來(lái)衡量光子變電子的轉換程度，在電容釋放電荷的過(guò)程中，這個(gè)CFD電容完成電荷到電壓的轉換，使用源極跟隨器對阻抗進(jìn)行轉換，同時(shí)提高驅動(dòng)能力，然后使用可編程增益放大器PGA（增益相當于相機拍照ISO參數設置）對輸入的電壓進(jìn)行放大，然后使用ADC進(jìn)行數模轉換，轉成成數字信號。在經(jīng)過(guò)數字放大器進(jìn)行放大，可對每個(gè)像素點(diǎn)間光強度差距進(jìn)行區分，使得CMOS在光信號比較弱的時(shí)候也可以分辨出來(lái)，獲得清晰的圖像信號。
圖像傳感器在汽車(chē)方面的應用
車(chē)載領(lǐng)域COMS圖像傳感器應用包括前視后視攝像，360環(huán)視系統，座艙監控系統，高級輔助駕駛系統ADAS。隨著(zhù)汽車(chē)ADAS技術(shù)發(fā)展，智能等級從L2逐漸發(fā)展到L4/L5，需要更多的車(chē)載攝像頭。如下圖3和圖4列舉不同智能等級所需的攝像頭的數量和汽車(chē)上攝像頭位置分布情況。
圖3 不同智能等級下攝像頭需求數量
圖4 攝像頭在汽車(chē)位置分布
車(chē)載攝像頭采集到的圖像信息需要通過(guò)計算機進(jìn)行處理再顯示出來(lái)。因此電路里暗噪聲、高動(dòng)態(tài)范圍、HDR、LED閃爍抑制等參數為關(guān)注重點(diǎn)，其中CMOS傳感器響應動(dòng)態(tài)范圍要求120-140db，部分高端車(chē)型要求攝像頭像素達500萬(wàn)（5MP, 拍出畫(huà)面對應分辨率是2592×1944）。
ON AR0233AT 圖像傳感器為各種各樣的汽車(chē)應用提供出色的靈敏度，擁有2048x1280，1080p分辨率，60幀輸出，提供大于140分貝的動(dòng)態(tài)范圍和優(yōu)秀的弱光條件，確保保持高動(dòng)態(tài)范圍輸出。另外，為限制 LED 照明和交流電源閃爍的出現，采用LED 閃爍緩解(LFM) 技術(shù)，有利于攝像頭的機器視覺(jué)識別準確度。
圖像傳感器在工業(yè)成像的應用
在工業(yè)自動(dòng)化方面需要使用快速相機來(lái)判斷物品位置和外觀(guān)形狀，以便及時(shí)通知機械手臂在哪尋找抓取物品，或者用于做計件檢驗方面，能夠快速計算出物品數量。
相機系統做出快速精準決策需要高速清晰的圖像成形，不同的檢測應用對圖像的分辨率、清晰度、噪聲、幀率等都有不同的要求。
圖5 工業(yè)相機應用示意圖
其中全局快門(mén)是實(shí)現高速視覺(jué)成像的關(guān)鍵，傳統的卷簾快門(mén)圖像傳感器使用逐行曝光方式，只是適用于靜態(tài)或慢速移動(dòng)的物體成像。但在快速移動(dòng)物體時(shí)會(huì )產(chǎn)生空間失真變形，無(wú)法正確還原運動(dòng)物體形狀，無(wú)法對圖像進(jìn)行有效AI識別。
全局快門(mén)圖像傳感器通過(guò)完全同時(shí)同步曝光捕獲所有像素，可以檢測快速移動(dòng)物體，特別是高速裝配線(xiàn)上，有利于高速成像和AI識別物品外觀(guān)形狀，實(shí)現自動(dòng)判斷次品等功能。
除以上提及的汽車(chē)和工業(yè)相機應用之外，圖像傳感器還可以應用于無(wú)人機攝像，AR/VR 3D縱深環(huán)境檢測，醫療上的胃鏡圖像成型等。
結語(yǔ)
可以預見(jiàn)，配合高性能邊緣運算，未來(lái)會(huì )涌現有更多不同的功能且高可靠性和高性能的應用方案。
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