ccd傳感器的發(fā)展：CCD與CMOS圖像傳感器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢

摘要：

我們的生活越來越信息化,獲取圖像信息的來源就變的尤為需要,據(jù)統(tǒng)計通過人眼獲取到的信息含量占80%,因此研究圖像傳感器的技術(shù)更為重要,圖像傳感器作為信息獲取的基礎(chǔ)器件能重現(xiàn)圖像信息的功能,在現(xiàn)代生活中圖像傳感器得到了越來越廣泛的運用.本文闡述了從CCD圖像傳感器再到COMS圖像傳感器的發(fā)展,而且圖像傳感器應(yīng)用領(lǐng)域包含很多電子產(chǎn)品,汽車尾鏡,視頻會議等所以對圖像傳感器的研究開發(fā)有非常高的價值.

展開

ccd傳感器的發(fā)展：ccd圖像傳感器的特點_ccd圖像傳感器發(fā)展歷程

描述
　　ccd圖像傳感器的特點
　　CCD圖像傳感器作為一種新型光電轉(zhuǎn)換器現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用于攝像、圖像采集、掃描儀以及工業(yè)測量等領(lǐng)域。作為攝像器件，與攝像管相比，CCD圖像傳感器有體積小、重量輕、分辨率高、靈敏度高、動態(tài)范圍寬、光敏元的幾何精度高、光譜響應(yīng)范圍寬、工作電壓低、功耗小、壽命長、抗震性和抗沖擊性好、不受電磁場干擾和可靠性高等一系列優(yōu)點。
　　ccd圖像傳感器發(fā)展歷程
　　CCD圖像傳感器于1969年在貝爾試驗室研制成功，之后由日商等公司開始量產(chǎn)，其發(fā)展歷程已經(jīng)將近30多年，從初期的10多萬像素已經(jīng)發(fā)展至目前主流應(yīng)用的500萬像素。CCD又可分為線型（Linear）與面型（Area）兩種，其中線型應(yīng)用于影像掃瞄器及傳真機上，而面型主要應(yīng)用于數(shù)碼相機（DSC）、攝錄影機、監(jiān)視攝影機等多項影像輸入產(chǎn)品上。
　　發(fā)明：
　　伴隨著數(shù)碼相機、帶有攝像頭的手機等電子設(shè)備風(fēng)靡全球，人類已經(jīng)進入了全民數(shù)碼影像的時代，每一個人都可以隨時、隨地、隨意地用影像記錄每一瞬間。帶領(lǐng)我們進入如此五彩斑斕世界的，就是美國科學(xué)家威拉德·博伊爾和喬治·史密斯發(fā)明的CCD（電荷耦合器件）圖像傳感器。
　　百多年來，伴隨著暗箱、鏡頭和感光材料制作不斷取得突破，以及精密機械、化學(xué)技術(shù)的發(fā)展，照相機的功能越來越強大，使用越來越方便。但是，直到幾十年前，人們依然只能將影像記錄在膠片上。拍攝影像慢慢普及，但即時欣賞、分享、傳遞影像還非常困難。1969年，博伊爾和史密斯極富創(chuàng)意地發(fā)明了一種半導(dǎo)體裝置，可以把光學(xué)影像轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，這一裝置，就是CCD圖像傳感器。
　　發(fā)展歷程：
　　CCD圖像傳感器的發(fā)明，實際上是應(yīng)用愛因斯坦有關(guān)光電效應(yīng)理論的結(jié)果，即光照射到某些物質(zhì)上，能夠引起物質(zhì)的電性質(zhì)發(fā)生變化。但是從理論到實踐，道路卻并不平坦?？茖W(xué)家遇到的最大挑戰(zhàn)，在于如何在很短的時間內(nèi)，將每一個點上因為光照而產(chǎn)生改變的大量電信號采集并且辨別出來。經(jīng)過多次試驗，博伊爾和史密斯終于解決了上述難題。他們采用一種高感光度的半導(dǎo)體材料，將光線照射導(dǎo)致的電信號變化轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，使得其高效存儲、編輯、傳輸都成為可能。簡單地說，CCD圖像傳感器就像是膠片一樣，有了它，人們就再不用耗時費力地去沖洗膠片了。
　　CCD圖像傳感器應(yīng)用
　　CCD圖像傳感器除了大規(guī)模應(yīng)用于數(shù)碼相機外，還廣泛應(yīng)用于攝像機、掃描儀，以及工業(yè)領(lǐng)域等。此外，在醫(yī)學(xué)中為診斷疾病或進行顯微手術(shù)等而對人體內(nèi)部進行的拍攝中，也大量應(yīng)用了CCD圖像傳感器及相關(guān)設(shè)備。
　　CCD是數(shù)碼相機的電子眼，它革新了攝影術(shù)，光可以被電子化地記錄下來，取代了膠片。這一數(shù)字形式極大地方便了對圖像的處理和發(fā)送，”諾貝爾獎評選委員會稱贊說，“無論是我們大海中深邃之地，還是宇宙中的遙遠之處，它都能給我們帶來水晶般清晰的影像?！?br/>打開APP閱讀更多精彩內(nèi)容
CMOS圖像傳感器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 第3張" title="ccd傳感器的發(fā)展：CCD與CMOS圖像傳感器的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 第3張-傳感器知識網(wǎng)"/>

ccd傳感器的發(fā)展：CCD圖像傳感器研究背景發(fā)展及國內(nèi)外現(xiàn)狀

CCD
圖像傳感器研究背景發(fā)展及國內(nèi)外現(xiàn)狀

1CCD
圖像傳感器研究背景
...........................................................................................................
1
2 CCD
圖像傳感器的發(fā)展歷史
.....................................................................
錯誤！未定義書簽。

1CCD
圖像傳感器研究背景

CCD
（
Charge Coupled Device
）即電荷耦合器件，它是
20
世紀(jì)
70
年代初發(fā)
展起來的新型半導(dǎo)體光電成像器件，
首先由美國貝爾電話實驗室的
W.S.Boyle
和
G
.E.Smith
于
1970
年首先提出了
CCD
的概念，在經(jīng)歷了一段時間的研究之后，
建立了以一維勢阱模型為基礎(chǔ)的非穩(wěn)態(tài)
CCD
的基本理論。
近
30
多年來，
隨著新
型半導(dǎo)體材料的不斷涌現(xiàn)和器件微細(xì)化技術(shù)的日趨完備，
CCD
器件及其應(yīng)用技
術(shù)得到了較快的發(fā)展，取得了驚人的進步。

目前
CCD
應(yīng)用技術(shù)已成為集光學(xué)、電子學(xué)、精密機械與計算機技術(shù)為一體
的綜合性技術(shù)，在現(xiàn)代光子學(xué)、光電檢測技術(shù)和現(xiàn)代測試技術(shù)領(lǐng)域中成果累累，
方興未艾。而
CCD
傳感器無論是線陣還是面陣結(jié)構(gòu)，其中都混雜有各種噪聲或
干擾成分，這極大地影響了
CCD
在高精度測量領(lǐng)域中的應(yīng)用
[1]
。因此降低噪聲
成為改善成像系統(tǒng)的一個首要任務(wù)。相應(yīng)的，如何精確地簡便地測出
CCD
的噪
聲也變得極為重要。

2 CCD
傳感器的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前，

CCD
圖像傳感器的生產(chǎn)主要集中在日本的索尼、
東芝、
松下、
濱松、
夏普、三洋、富士、奧林巴斯、
NEC
、加拿大的達爾薩和美國的柯達等公司。當(dāng)
前各
CCD
生產(chǎn)廠商和數(shù)碼相機、攝像機廠商之間像素和照片質(zhì)量的競爭
,
實質(zhì)
是縮小像素面積的競爭。
自
1987
年以來，
CCD
圖像傳感器的像素面積以每年
20%
的速度縮小，目前像素面積已經(jīng)小于
錯誤！未找到引用源。
。從目前
CCD
技術(shù)的
發(fā)展趨勢來看，
CCD
將向高分辨力、高速度、微型化、多光譜、紫外、
X
射線、
紅外等方向發(fā)展。近幾年，數(shù)碼相機和微型攝像機的發(fā)展過程中，
CCD
和
CMOS
圖像傳感器相互競爭。總的來看，在軍用領(lǐng)域，
CCD
使用的較多；在民用領(lǐng)域，

ccd傳感器的發(fā)展：圖像傳感器發(fā)展簡史

文章來自微信公眾號：智東西（ID：zhidxcom），作者：智東西內(nèi)參，原文標(biāo)題：《揭秘攝像頭之芯！無所不在的計算機視覺之源，一文看懂CMOS》，頭圖來自：視覺中國
1873 年，科學(xué)家約瑟·美(Joseph May)及偉洛比·史密夫(WilloughbySmith)就發(fā)現(xiàn)了硒元素結(jié)晶體感光后能產(chǎn)生電流，由此，電子影像發(fā)展開始，隨著技術(shù)演進，圖像傳感器性能逐步提升。
本期的智能內(nèi)參，我們推薦西南證券的研究報告《攝像頭芯片，CMOS圖像傳感器行業(yè)報告》，從圖像傳感器的發(fā)展歷史開始，詳解CMOS技術(shù)特點和行業(yè)發(fā)展現(xiàn)狀。
圖像傳感器的歷史沿革
20 世紀(jì)50 年代——光學(xué)倍增管(Photo Multiplier Tube，簡稱PMT)出現(xiàn)。
1965年至1970年，IBM、Fairchild等企業(yè)開發(fā)光電以及雙極二極管陣列。
1970年，CCD圖像傳感器在Bell實驗室發(fā)明，依靠其高量子效率、高靈敏度、低暗電流、高一致性、低噪音等性能，成為圖像傳感器市場的主導(dǎo)。
90年代末，步入CMOS時代。
▲圖像傳感器的歷史沿革
1. 光電倍增管
光電倍增管（簡稱PMT），真空光電管的一種。工作原理是：由光電效應(yīng)引起 ，在PMT入射窗處撞擊光電陰極的光子產(chǎn)生電子，然后由高壓場加速，并在二次加工過程中在倍增電極鏈中倍增發(fā)射。
光電倍增管是一種極其靈敏的光檢測器，可探測電磁波譜紫外，可見和近紅外范圍內(nèi)光源，提供與光強度成比例的電流輸出，廣泛應(yīng)用于驗血，醫(yī)學(xué)成像，電影膠片掃描（電視電影），雷達干擾和高端圖像掃描儀鼓掃描儀中。
▲光電倍增管
2. CCD
CCD全稱為Charge Coupled Device，中文翻譯為"電荷藕合器件"。它使用一種高感光度的半導(dǎo)體材料制成，能把光線轉(zhuǎn)變成電荷。因而具有靈敏度高、抗強光、畸變小、體積小、壽命長、抗震動等優(yōu)點。CCD是電子設(shè)備， CCD在硅芯片（IC）中進行光信號與電信號之間的轉(zhuǎn)換，從而實現(xiàn)數(shù)字化，并存儲為計算機上的圖像文件。
數(shù)字成像始于1969年，由Willard Boyle和George E. Smith于AT＆T貝爾實驗室發(fā)明 。最初致力于內(nèi)存——“充電'氣泡'設(shè)備”，可以被用作移位寄存器和區(qū)域成像設(shè)備 。
2009年， Willard Boyle和George E. Smith獲得諾貝爾物理學(xué)獎 。
1997年，卡西尼國際空間站使用CCD相機（廣角和窄角） 。美國宇航局局長丹尼爾戈爾丁稱贊CCD相機“更快，更好，更便宜”；聲稱在未來的航天器上減少質(zhì)量，功率，成本，都需要小型化相機。而電子集成便是小型化的良好途徑，而基于MOS的圖像傳感器便擁有無源像素和有源像素（3T）的配置。
3. CMOS圖像傳感器
CMOS全稱為Complementarymetal-OxideSemiconductor，中文翻譯為互補性氧化金屬半導(dǎo)體。CMOS的制造技術(shù)和一般計算機芯片沒什么差別，主要是利用硅和鍺這兩種元素所做成的半導(dǎo)體，使其在CMOS上共存著帶N（帶–電）和P（帶+電）級的半導(dǎo)體，這兩個互補效應(yīng)所產(chǎn)生的電流即可被處理芯片紀(jì)錄和解讀成影像。
CMOS圖像傳感器使得“芯片相機”成為可能，相機小型化趨勢明顯 。
▲“芯片相機”上的帶有有緣像素轉(zhuǎn)換器的CMOS有效像素傳感器
1995年2月，Photobit公司成立，將CMOS圖像傳感器技術(shù)實現(xiàn)商業(yè)化 。
1995-2001年間，Photobit 增長到約135人，主要包括：私營企業(yè)自籌資金的定制設(shè)計合同、SBIR計劃的重要支持（NASA / DoD）、戰(zhàn)略業(yè)務(wù)合作伙伴的投資，這期間共提交了100多項新專利申請。
CMOS圖像傳感器經(jīng)商業(yè)化后，發(fā)展迅猛，應(yīng)用前景廣闊，逐步取代CCD成為新潮流。
2001年11月 ，Photobit被美光科技公司收購并獲得許可回歸加州理工學(xué)院。與此同時，到2001年，已有數(shù)十家競爭對手嶄露頭角，例如Toshiba，ST Micro，Omnivision，CMOS圖像傳感器業(yè)務(wù)部分歸功于早期的努力促進技術(shù)成果轉(zhuǎn)化。后來，索尼和三星分別成為了現(xiàn)在全球市場排名第一，第二。后來，Micron剝離了Aptina，Aptina被ON Semi收購，目前排名第4。CMOS傳感器逐漸成為攝影領(lǐng)域主流，并廣泛應(yīng)用于多種場合 。
▲CMOS應(yīng)用領(lǐng)域
▲ CMOS圖像傳感器發(fā)展歷程
CMOS圖像傳感器技術(shù)特點
CMOS圖像傳感器（CIS）是模擬電路和數(shù)字電路的集成。主要由四個組件構(gòu)成：微透鏡、 彩色濾光片（CF）、光電二極管（PD）、像素設(shè)計。
▲CIS結(jié)構(gòu)
微透鏡：具有球形表面和網(wǎng)狀透鏡；光通過微透鏡時，CIS的非活性部分負(fù)責(zé)將光收集起來并將其聚焦到彩色濾光片 。
彩色濾光片（CF）：拆分反射光中的紅、綠、藍（RGB）成分，并通過感光元件形成拜爾陣列濾鏡。
光電二極管（PD）：作為光電轉(zhuǎn)換器件，捕捉光并轉(zhuǎn)換成電流；一般采用PIN二極管或PN結(jié)器件制成 。
像素設(shè)計：通過CIS上裝配的有源像素傳感器（APS）實現(xiàn)。APS常由3至6個晶體管構(gòu)成，可從大型電容陣列中獲得或緩沖像素，并在像素內(nèi)部將光電流轉(zhuǎn)換成電壓，具有較完美的靈敏度水平和的噪聲指標(biāo) 。
感光元件上的每個方塊代表一個像素塊，上方附著著一層彩色濾光片（CF），CF拆分完反射光中的RGB成分后，通過感光元件形成拜爾陣列濾鏡。經(jīng)典的Bayer陣列是以2x2共四格分散RGB的方式成像，Quad Bayer陣列擴大到了4x4，并且以2x2的方式將RGB相鄰排列。
▲Bayer陣列濾鏡與像素
濾鏡上每個小方塊與感光元件的像素塊對應(yīng)，也就是在每個像素前覆蓋了一個特定的顏色濾鏡。比如紅色濾鏡塊，只允許紅色光線投到感光元件上，那么對應(yīng)的這個像素塊就只反映紅色光線的信息。隨后還需要后期色彩還原去猜色，最后形成一張完整的彩色照片。感光元件—Bayer濾鏡—色彩還原，這一整套流程，就叫做Bayer陣列。
▲彩色濾鏡塊工作原理
早期的CIS采用的是前面照度技術(shù)FSI（FRONT-SIDE ILLUMINATED），拜爾陣列濾鏡與光電二極管（PD）間夾雜著金屬（鋁，銅）區(qū)，大量金屬連線的存在對進入傳感器表面的光線存在較大的干擾，阻礙了相當(dāng)一部分光線進入到下一層的光電二極管（PD），信噪比較低。
技術(shù)改進后，在背面照度技術(shù)BSI（FRONT-SIDE ILLUMINATED）的結(jié)構(gòu)下，金屬（鋁，銅）區(qū)轉(zhuǎn)移到光電二極管（PD）的背面，意味著經(jīng)拜爾陣列濾鏡收集的光線不再眾多金屬連線阻擋，光線得以直接進入光電二極管；BSI不僅可大幅度提高信噪比，且可配合更復(fù)雜、更大規(guī)模電路來提升傳感器讀取速度。
▲前面照度技術(shù)和背面照度技術(shù)
幀率（frame rate）：以幀為單位的位圖圖像連續(xù)出現(xiàn)在顯示器上的頻率，即每秒能顯示多少張圖片。而想要實現(xiàn)高像素CIS的設(shè)計，很重要的一點就是Analog電路設(shè)計，像素上去了，沒有匹配的高速讀出和處理電路，便無辦法以高幀率輸出出來。
索尼早于2007年chuan'gan發(fā)布了首款Exmor傳感器。Exmor傳感器在每列像素下方布有獨立的ADC模數(shù)轉(zhuǎn)換器，這意味著在CIS芯片上即可完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，有效減少了噪聲，大大提高了讀取速度，也簡化了PCB設(shè)計。
▲Exmor架構(gòu)
CMOS圖像傳感器的應(yīng)用
2017年為CMOS圖像傳感器高增長點，同比增長達到20%。2018年，全球CIS市場規(guī)模155億美元，預(yù)計2019年同比增長10%，達到170億美元。
目前，CIS市場正處于穩(wěn)定增長期，預(yù)計2024年市場逐漸飽和，市場規(guī)模達到240億美元。
▲CIS市場規(guī)模
1. 車載領(lǐng)域
車載領(lǐng)域的CIS應(yīng)用包括：后視攝像(RVC)，全方位視圖系統(tǒng)(SVS)，攝像機監(jiān)控系統(tǒng)(CMS)，F(xiàn)V/MV，DMS/IMS系統(tǒng) 。
汽車圖像傳感器全球銷量呈逐年增長趨勢。 后視攝像(RVC)是銷量主力軍，呈穩(wěn)定增長趨勢，2016年全球銷量為5100萬臺，2018年為6000萬臺，2019年預(yù)計達到6500萬臺。 FV/MV全球銷量增長迅速，2016年為1000萬臺，2018年為3000萬臺，此后，預(yù)計FV/MV將依舊保持迅速增長趨勢，預(yù)計2019年銷量可達4000萬臺，2021可達7500萬臺，直逼RVC全球銷量。
▲汽車圖像傳感器全球市場
HDR技術(shù)方法 。HDR解決方案，即高動態(tài)范圍成像，是用來實現(xiàn)比普通數(shù)位圖像技術(shù)更大曝光動態(tài)范圍。 時間復(fù)用。相同的像素陣列通過使用多個卷簾（交錯HDR）來描繪多個邊框。好處：HDR方案是與傳統(tǒng)傳感器兼容的最簡單的像素技術(shù)。缺點：不同時間發(fā)生的捕獲導(dǎo)致產(chǎn)生運動偽影 。
空間復(fù)用。單個像素陣列幀被分解為多個，通過不同的方法捕獲：1.像素或行級別的獨立曝光控制。優(yōu)點：單幀中的運動偽影比交錯的運動偽影少。缺點：分辨率損失，且運動偽影仍然存在邊緣。2.每個像素共用同一微透鏡的多個光電二極管。優(yōu)點：在單個多捕獲幀中沒有運動偽影；缺點：從等效像素區(qū)域降低靈敏度。
非常大的全井產(chǎn)能。
閃變抑制技術(shù) 。多個集成周期（時間多路傳輸）。在每個整合期內(nèi)對光電二極管充電進行多次進行采樣，樣品光電二極管比LED源頻率更高。
多個光電二極管（空間多路復(fù)用）。使用較大的光電二極管捕捉較低的輕松的場景；使用較小的不靈敏光電二極管在整個幀時間內(nèi)集成（減輕LED閃爍）。
每個像素由兩個光電二極管構(gòu)成。其中包含一個大的靈敏光電二極管和一個小的不靈敏光電二極管，小型不靈敏光電二極管可在整幀中合并，從而減輕LED閃爍。優(yōu)勢在于有出色的閃變抑制、計算復(fù)雜度低；劣勢在于更大更復(fù)雜的像素架構(gòu)、更復(fù)雜的讀數(shù)和電路定時、大型光電二極管和小型光電二極管和之間的光譜靈敏度不匹配。
▲閃變抑制技術(shù)成像效果
陣列攝像機 。陣列攝像機是一種新興的攝像機技術(shù)，是指紅外燈的內(nèi)核為LED IR Array的高效長壽的紅外夜視設(shè)備，可能是可行的LED檢測解決方案。
用于LED檢測的低靈敏度攝像頭可以實現(xiàn)圖像融合的組合輸出，并能夠?qū)崿F(xiàn)單獨輸出，或同時輸出。主要優(yōu)勢在于亮度高、體積小、壽命長，效率高，光線勻。
2. 手機領(lǐng)域
2000年，夏普首次推出可拍照的手機；隨后智能手機時代到來，主攝像頭素質(zhì)不斷提升；目前，雙攝/多攝已成為主流 。前置攝像頭素質(zhì)同步提升，目前越來越多廠商加入人臉識別功能。
▲攝像模組構(gòu)成
隨著技術(shù)的發(fā)展，越來越多的手機開始注重拍照的硬件升級。攝像頭和CMOS成為了產(chǎn)品突出差異性的賣點之一。拋開鏡頭差異，成像質(zhì)量與CMOS大小成正比，主攝像素提升推動CMOS迭代升級。
隨著技術(shù)的發(fā)展，手機的CMOS也在日益增大，1/1.7英寸級的CMOS如今成為手機攝像頭傳感器的新選擇。而更多手機也用上了1/2.3英寸級的傳感器。
手機攝像頭過去以像素升級為主；受CMOS尺寸限制，手機攝像開始注重變焦能力 。
變焦有光學(xué)變焦與數(shù)碼變焦兩種。光學(xué)變焦通過光學(xué)原理調(diào)整焦距，成像畫質(zhì)無損。數(shù)碼變焦就是通過軟件算法來放大/縮小，通過插值計算，成像有損，有較多噪點。
為了進一步提升手機成像素質(zhì)，注重變焦能力；而傳統(tǒng)專業(yè)相機的光學(xué)系統(tǒng)無法移植到手機上。手機變焦往往會采用“雙攝變焦”，采用兩個定焦鏡頭，利用其物理焦距的不同，實現(xiàn)變焦效果；顯然，單攝已經(jīng)無法滿足對光學(xué)變焦的需求了。
目前主流的 3D 深度攝像主流有兩種種方案：結(jié)構(gòu)光、TOF。iPhone采用前者，華為采用后置。 結(jié)構(gòu)光（Structured Light）：結(jié)構(gòu)光投射特定的光信息到物體表面后，由攝像頭采集。根據(jù)物體造成的光信號的變化來計算物體的位置和深度等信息，進而復(fù)原整個三維空間。
結(jié)構(gòu)光（Structured Light）：結(jié)構(gòu)光投射特定的光信息到物體表面后，由攝像頭采集。根據(jù)物體造成的光信號的變化來計算物體的位置和深度等信息，進而復(fù)原整個三維空間。
根據(jù)Yole的統(tǒng)計顯示，平均每部智能手機CMOS圖像傳感器數(shù)量在2024年將達到3.4個，年復(fù)合增長率達到6.2%。
手機攝像頭數(shù)量增加，CIS出貨量成倍增長。為了提高照相畫質(zhì)，手機引入了雙攝、甚至三攝、四攝。
3. 安防領(lǐng)域
閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展歷程：錄像帶錄像機（VCR）→數(shù)字視頻錄像機（DVR）→網(wǎng)絡(luò)視頻錄像機（NVR）。視頻監(jiān)控系統(tǒng)越來越復(fù)雜，性能也不斷升級。
▲閉路電視監(jiān)控系統(tǒng)發(fā)展歷程
紅外線攝像技術(shù) 。紅外線攝像技術(shù)分為被動和主動兩種類型 。被動型：拍攝對象自身發(fā)射紅外光被攝像機接受以成像。這類設(shè)備昂貴并且對周圍環(huán)境不能良好反映，所以在夜視系統(tǒng)中基本不采用 。被動型：拍攝對象自身發(fā)射紅外光被攝像機接受以成像。這類設(shè)備昂貴并且對周圍環(huán)境不能良好反映，所以在夜視系統(tǒng)中基本不采用 。
主動型紅外攝像機包含攝像機、防護罩、紅外燈、供電散熱單元。它貼切的名稱為紅外線增強攝像機。感光元件的頻譜足夠?qū)挄r能對紅外線到可見光的連續(xù)譜產(chǎn)生感應(yīng)，形成包括紅外線在內(nèi)的光敏感。在普通可見光強下，寬范圍感光元件增加了紅外頻段，在弱光條件下，也能獲得清楚的圖像。
全球紅外攝像機設(shè)備市場規(guī)模在2017年近30億美元，其中商用攝像機市場規(guī)模20億美元，軍用攝像機市場規(guī)模10億美元。預(yù)計2016-2022年商用領(lǐng)域紅外攝像機市場規(guī)模年均復(fù)合增長率為5.6%，軍用領(lǐng)域的年均復(fù)合增長率為8.8%。2022年市場總規(guī)模將近43億美元 。
▲全球視頻監(jiān)控設(shè)備市場規(guī)模
全球安防攝像機市場銷量在2015年約28萬件，其中監(jiān)視攝像機約8萬件，安保系統(tǒng)攝像機約20萬個。預(yù)計到2021年安防攝像機市場銷量約64萬件，其中監(jiān)視攝像機約22萬件，年均復(fù)合增長率為18%，安保系統(tǒng)攝像機約42萬個，年均復(fù)合增長率約13%。
▲ 全球安防攝像機銷量情況及預(yù)測
4. 醫(yī)療影像
與其他具有更高產(chǎn)量和更高成本敏感性的市場相比，圖像傳感器在醫(yī)療影像市場應(yīng)用有其鮮明的特點：其封裝步驟通常由設(shè)備制造商控制；
圖像傳感器技術(shù)正逐漸在行業(yè)中創(chuàng)造顛覆性力量，從2014年開始，市場發(fā)展迅速，行業(yè)競爭加?。喉n國和中國出現(xiàn)更多新參與者，成為現(xiàn)有大型企業(yè)的潛在障礙，行業(yè)完全整合的可能性降低。
圖像傳感器在醫(yī)療影像市場具有多元應(yīng)用場景：X-ray、內(nèi)窺鏡、分子成像、光學(xué)相干斷層掃描以及超聲成像 。
▲ 醫(yī)療影像市場應(yīng)用
醫(yī)療成像設(shè)備行業(yè)是一個巨大的350億美元的市場，2016年至2022年預(yù)計復(fù)合年增長率達5.5％。
2016年，醫(yī)療傳感器市場規(guī)模3.5億美元，預(yù)計2016年至2022年復(fù)合增長率8.3％，到2022年將達6億美元 。
根據(jù)應(yīng)用技術(shù)不同，醫(yī)療圖像傳感器可分為CCD，CIS，a-Si FPD（非晶硅薄膜晶體管平面探測器），a-Se FPD（非晶硒薄膜晶體管平板探測器），SiPM（硅光電倍增管）、cMUT（電容微機械超聲換能器）和pMUT（壓電微機械超聲換能器） 。
CMOS傳感器憑借其在通過更小的像素尺寸獲得更高分辨率、降低噪聲水平和暗電流以及低成本方面的優(yōu)越性在醫(yī)療影像領(lǐng)域得到越來越廣泛的應(yīng)用，未來市場看漲。
CCD市場保持穩(wěn)定。醫(yī)用a-Si FPD因其簡單性和大面板內(nèi)置能力仍應(yīng)用廣泛；SiPM專用于分子成像；cMUT用于超聲成像，可提供更高分辨率，更高速度和實時3D成像。
目前，CMOS圖像傳感器主要應(yīng)用于X-Ray以及內(nèi)窺鏡領(lǐng)域。
X-Ray。X射線成像的第一次應(yīng)用是在醫(yī)療領(lǐng)域，由WilhelmR?ntgen于1895年完成。如今，X射線成像技術(shù)應(yīng)用已拓展到工業(yè)無損檢測（NDT）以及安全領(lǐng)域。但醫(yī)療市場仍是X-Ray射線成像的主力應(yīng)用場景。
2018年X射線探測設(shè)備市場價值20億美元，預(yù)計2018年至2024年復(fù)合年增長率5.9％，2024年達到28億美元 。
2018年，醫(yī)療領(lǐng)域市值達14.8億美元，占比約74%，預(yù)計2017年至2024年復(fù)合增長率4.5%，2024年市值達19億美元 。
目前，X射線成像幾乎完全基于半導(dǎo)體技術(shù)。使用非晶硅（aSi）和CMOS的平板探測器占據(jù)了市場的最大份額，其次是硅光電二極管陣列探測器。預(yù)計銦鎵鋅氧化物（IGZO）平板將于2021年進入市場，直接與aSi和CMOS競爭，但CMOS仍然是主流應(yīng)用。
2018年，以CMOS X-Ray成像設(shè)備市場收入2.45億美元，預(yù)計2024年將增長到5.1億美元，年復(fù)合增長率13%。
內(nèi)窺鏡。內(nèi)窺鏡檢查不但能以最少的傷害，達成觀察人體內(nèi)部器官的目的，也能切取組織樣本以供切片檢查，或取出體內(nèi)的異物。二十世紀(jì)末微創(chuàng)手術(shù)的發(fā)展進一步促進了內(nèi)窺鏡的應(yīng)用。
普通電子內(nèi)窺鏡：將微型圖像傳感器在內(nèi)窺鏡頂部代替光學(xué)鏡頭，通過電纜或光纖傳輸圖像信息。電子內(nèi)窺鏡與光纖內(nèi)窺鏡類似，有角度調(diào)節(jié)旋鈕、充氣及沖水孔、鉗道孔、吸引孔和活檢孔等。
CMOS電子內(nèi)窺鏡：照明光源通過濾色片，變成單色光，單色光通過導(dǎo)光纖維直達電子內(nèi)窺鏡前部，再通過照明鏡頭照在受檢體的器官粘膜。器官粘膜反射光信號至非球面鏡頭，形成受檢部位的光圖像，CMOS圖像傳感器接收光圖像，將其轉(zhuǎn)換成電信號，再由信號線傳至視頻處理系統(tǒng)，經(jīng)過去噪、儲存和再生，顯示在監(jiān)控屏幕上。CMOS電子內(nèi)窺鏡可得到高清晰度圖像，無視野黑點弊端，易于獲得病變觀察區(qū)信息 。
▲CMOS電子內(nèi)窺鏡原理圖
CIS模塊的小型化是其應(yīng)用于醫(yī)療設(shè)備的關(guān)鍵，特別是對于較小的柔性視頻內(nèi)窺鏡。如喉鏡，支氣管鏡，關(guān)節(jié)鏡，膀胱鏡，尿道鏡和宮腔鏡。
▲小直徑視頻內(nèi)窺鏡發(fā)展歷程
智東西認(rèn)為，圖像傳感器是當(dāng)今應(yīng)用最普遍、重要性最高的傳感器之一。其主要采用感光單元陣列和輔助控制電路獲取對象景物的亮度和色彩信號，并通過復(fù)雜的信號處理和圖像處理技術(shù)輸出數(shù)字化的圖像信息。而后起之秀CMOS近些年優(yōu)勢越來越突出，已經(jīng)占據(jù)了大部分圖像傳感器市場，CMOS 圖像傳感器芯片采用了適合大規(guī)模生產(chǎn)的標(biāo)準(zhǔn)流程工藝，批量生產(chǎn)時，單位成本非常低。
手機是CMOS傳感器的最大應(yīng)用市場，汽車、安防等新應(yīng)用領(lǐng)域高速成長。 隨著多攝像頭手機的普及以及自動駕駛技術(shù)的發(fā)展，相信CMOS傳感器的高速發(fā)展仍不會停止。
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