Nyxel近红外(NIR)技术：可在弱光条件下获取清晰的图像

图像传感器是利用光电器件的光电转换功能将感光面上的光像转换为与光像成相应比例关系的电信号。与光敏二极管，光敏三极管等“点”光源的光敏元件相比，图像传感器是将其受光面上的光像，分成许多小单元，将其转换成可用的电信号的一种功能器件。图像传感器分为光导摄像管和固态图像传感器。与光导摄像管相比，固态图像传感器具有体积小、重量轻、集成度高、分辨率高、功耗低、寿命长、价格低等特点。因此在各个行业得到了广泛应用。

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。1963年Morrison发表了可计算传感器，这是一种可以利用光导效应测定光斑位置的结构，成为CMOS图像传感器发展的开端。1995年低噪声的CMOS有源像素传感器单片数字相机获得成功。

CMOS图像传感器具有以下几个优点：1)随机窗口读取能力。随机窗口读取操作是CMOS图像传感器在功能上优于CCD的一个方面，也称之为感兴趣区域选取。此外，CMOS图像传感器的高集成特性使其很容易实现同时开多个跟踪窗口的功能。2)抗辐射能力。总的来说，CMOS图像传感器潜在的抗辐射性能相对于CCD性能有重要增强。3)系统复杂程度和可靠性。采用CMOS图像传感器可以大大地简化系统硬件结构。4)非破坏性数据读出方式。5)优化的曝光控制。值得注意的是，由于在像元结构中集成了多个功能晶体管的原因，CMOS图像传感器也存在着若干缺点，主要是噪声和填充率两个指标。鉴于CMOS图像传感器相对优越的性能，使得CMOS图像传感器在各个领域得到了广泛的应用。

10 月 14 日消息，从豪威官方获悉，豪威集团近日发布了全新的 OS05B CMOS 图像传感器和 OS04L CMOS 400 万像素(MP)图像传感器。

其中，OS05B 在 500 万像素设计中结合了像素技术和量子效率(QE)，适用于专业和高端消费类安防摄像头，如工业和工厂监控系统、网络摄像头和高端婴儿监视器。OS05B 采用 1/2.78 英寸的光学格式以及基于 PureCel Plus 技术的 2.0 微米 BSI 像素设计工艺。这款图像传感器还采用了豪威集团的 Nyxel近红外(NIR)技术，可在弱光条件下获取清晰的图像。

与 OS05A 相比，OS05B 的信噪比(SNR1)提高了 32%，940 纳米近红外波长下的量子效率提高了 24%。OS05B 还具有选择性转换增益 —— 高转换增益能够提高灵敏度，降低读出噪声水平，同时在弱光条件下实现最佳信噪比;而低转换增益可在明亮环境下实现更高的满阱容量。OS05B 能以 60 帧 / 秒的帧率捕捉高分辨率视频，并具有二次曝光交错式 HDR 支持功能。OS05B 支持 MIPI 和 LVDS 接口。

OS04L 则可为智能家居、门铃、婴儿监视器、IP、高清模拟摄像头等消费类安防设备带来 2K 分辨率的数字图像和高清(HD)视频。此外，OS04L 图像传感器的 2.0 微米像素尺寸采用了豪威集团的 OmniPixel 3-HS 技术。OS05B 和 OS04L 将于 2022 年第四季度出样，2023 年第一季度投入量产。

CMOS 图像传感器(CIS)是将光子转换为电子进行数字处理，把图像信 号转换为数字信号的芯片，主要用于在数码相机、数码闭路电视摄像机和数 码摄像机中的创建图像，是数码摄像头的关键部件。由于摄像头的功能包括 拍照、摄像、图像识别、身份验证等，数码产品对 CMOS 图像传感器性能的 要求也越来越高。通常 CMOS 图像传感器主要由四个组件构成：微透镜、彩 色滤光片(CF)、光电二极管(PD)、像素设计。

CMOS 图像传感器拥有较好的信号转换能力，可以将直接在像素内将电 荷转化为电压，在性能上超过了传统的 CCD 传感器，当前，主流的摄像头都使用 CMOS 传感器进行信号转换，CMOS 传感器也被广泛应用于智能手机、 数码相机、自动驾驶、安防、IOT 等领域。

随着智能手机摄像头的升级，以及汽车市场的高速增长，全球 CMOS 图 像传感器市场规模持续走高。2021 年全市 CMOS 图像传感器销售额为 213 亿 美元，同比增长 2.89%。2021 年受疫情影响，加上手机市场低迷，CMOS 图 像传感器需求增速放缓，不过随着 2022 年下半年消费市场复苏，相应电子需 求恢复，CMOS 图像传感器市场增速将会恢复到 8%左右，预计 2025 年全球 CMOS 图像传感器市场规模为 290 亿美元。

从下游应用领域来看，目前 CMOS 图像传感器最大市场为手机摄像头， 2021 年 CMOS 图像传感器手机市场占比达到 75.9%，这主要得益于近几年手机摄像往高分辨率、多摄像头发展，现在高端机的摄像头在 3-5 个之间，对 于 CMOS 的需求较大。从市场增速来看，汽车市场增长最快，2021 年汽车 CMOS 市场率已经达到 11.7%，随着电动车渗透率的上升，以及智能驾驶的发展，单车 CMOS 传感器的使用量也在大幅增长，预计未来五年内车用摄像头将是 CMOS 市场增长的主要动力。

CMOS 图像传感器在国内还处于高速发展的阶段，2021 年国内 CMOS 图像传感器销售额为 295.4 亿元，同比增长 19%，增速明显快于全球，预计到 2024 年国内 CMOS 图像传感器市场规模将达到 516.5 亿元，符合增长率为 20%。

从生产模式来看，CMOS 图像传感器企业主要分两种，专注于 CMOS 芯 片设计的 Fabless 企业，比如索尼、韦尔股份(豪威科技)、思特威等。还有 从设计制造者到封装测试全产业链都做的 IDM 企业，比如三星。当前 CMOS 芯片对于制程的要求并不是很高，芯片的主要技术壁垒在芯片设计一环，因 此主要的 CMOS 企业多以设计为主。

从竞争格局来看，CMOS 图像传感器市场属于垄断程度较高的市场， 2021 年前三大 CMOS 传感器企业占有 75%的市场。索尼在行业中处于龙头 地位，目前市占率约为 39%左右。其次是三星(23%)、韦尔股份(13%)。索尼的图像传感器主要应用在手机、相机、摄像等，三星的产品主要应用于自 己的手机端，韦尔股份的图像传感器则侧重于安防和汽车。

手机摄像头的制造成本主要由CMOS图像传感器、模组封装、光学镜头、 音圈马达、红外滤光片等部分组成、其中 CMOS 图像传感器是摄像头组成的 核心，也是最关键的技术，占据手机摄像头成本的约 52%。

2021 年全球智能手机 CMOS 图像传感器市场规模为 151 亿美元，同比 增长 3%。从市场增长来看，手机市场增速逐渐放缓，2021 年增速为近五年 来最低。受下游手机市场低迷的影响，CMOS 图像传感器需求增速减少，预计至 2025 年，智能手机领域的 CMOS 图像传感器销售额为 169 亿美元，复 合增长率在 3%左右。