2019摄像头芯片CMOS图像传感器（CIS）行业研究报告.pptx

2019摄像头芯片CMOS图像传感器（CIS）行业研究报告,2019年8月,图像传感器的历史沿革,CMOS图像传感器技术简介CMOS图像传感器的应用CMOS图像传感器的竞争格局 韦尔股份（豪威科技）分析,1,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。,光学倍增管（PMT）光电及双极二极管阵列CCD图像传感器,CMOS图像传感器,1950s,1960s,1970s,1980s,1990s,2000s,2010s,20 世纪50 年代光学倍增管(Photo Multiplier Tube，简称PMT)出现。1965年-1970年，IBM、Fairchild等企业开发光电以及双极二极管阵列。1970年，CCD图像传感器在Bell实验室发明，依靠其高量子效率、高灵敏度、低暗电流、高一致性、低噪音等性能，成为图像传感器市场的主导。90年代末，步入CMOS时代。,2,图像传感器的历史沿革PMT,光电倍增管（简称光电倍增管或PMT），真空光电管的一种。工作原理是：由光电效应引起 ，在PMT入射窗处撞击光电阴极的光子产生电子，然后由高压场加速，并在二次加工过程中在倍增电极链中倍增发射。光电倍增管是一种极其灵敏的光检测器，可探测电磁波谱紫外，可见和近红外范围内光源，提供与光强度成 比例的电流输出，广泛应用于验血，医学成像，电影胶片扫描（电视电影），雷达干扰和高端图像扫描仪鼓 扫描仪中。,3,数字成像始于1969年，由Willard Boyle和George E. Smith于ATT贝尔实验室发明最初致力于内存“充电气泡设备”，可以被用作移位寄存器和区域成像设备CCD是电子设备， CCD在硅芯片（IC）中进行光信号与电信号之间的转换，从而实现数字化，并存储 为计算机上的图像文件。2009年， Willard Boyle和George E. Smith获得诺贝尔物理学奖CWillard Boyle和George E. Smith柯达第一款数码相机,图像传感器的历史沿革CCD,4,1997年，卡西尼国际空间站使用CCD相机（广角和窄角）美国宇航局局长丹尼尔戈尔丁称赞CCD相机“更快，更好，更便宜”；声称在未来的航天器上减少质 量，功率，成本，都需要小型化相机。而电子集成便是小型化的良好途径，而基于MOS的图像传感器 便拥有无源像素和有源像素（3T）的配置。,国际空间站使用CCD相机,5,Siimpel AF相机模型2007年,CMOS图像传感器使得“芯片相机”成为可能，相机小型化趋势明显2007年，Siimpel AF相机模型的出现标志着相机小型化重大突破芯片相机的崛起为多个领域（车载，军工航天、医疗、工业制造、移动 摄影、安防）等领域的技术创新提供了新机遇,“芯片相机”上的带有有 缘像素转换器的CMOS有效 像素传感器,JPL团队主要成员合影,图像传感器的历史沿革CMOS图像传感器,6,1995年2月，Photobit公司成立，将CMOS图像传感器技术实现商业化。1995-2001年间，Photobit 增长到约135人，主要包括：私营企业自筹资金的定制设计合同、SBIR计 划的重要支持（NASA / DoD）、战略业务合作伙伴的投资，这期间共提交了100多项新专利申请。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。1995年的Photobit团队2000年的Photobit团队多项专利产品,CMOS图像传感器走向商业化,7,2001年11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，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。后来，Micron剥离了Aptina，Aptina被ON Semi收购，目前排名第4。CMOS传感,器逐渐成为摄影领域主流，并广泛应用于多种场合。,医疗领域内窥镜摄像头 Awaiba2012,移动端-手机相机摄影,车载端-车载摄像头,安防领域-监控,航天/军工领域,工业生产-工业相机视觉传感技术,CMOS图像传感器的广泛应用,数据来源：Prof. Youngcheol Chae，西南证券整理,8,CMOS图像传感器发展历程,70年代：Fairchild80年代：Hitachi80年代初期： Sony1971年：发明FDA & CDS 技术FDA & CDS技术被发明,CMOS图像传感器成为主流,1971年1970年-1980年,80年代初期,2005年,1998年,仙童半导体,索尼(SONY),在消费市场 上实现重大 突破,NH K /O lym pus,放 大M O S 成像仪(A M I)，随后称之为C M O S图像传感器,单芯片相机,1993年JPL,CMOS有源像素传感器,80年中叶：在消费市场上实现重大突破；1990年：NHK/Olympus, 放大MOS成像仪(AMI)，即CIS1993年：JPL, CMOS有源像素传感器，1998年：单芯片相机，2005年后：CMOS图像传感器成为主流。,9,图像传感器的历史沿革,CMOS图像传感器技术简介CMOS图像传感器的应用CMOS图像传感器的竞争格局 韦尔股份（豪威科技）分析,10,模拟电路部分,数字电路 部分,CMOS图像传感器,CMOS图像传感器（CIS）是模拟电路和数字电路的集成。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。,CIS结构,CIS成 像 原 理,微透镜：具有球形表面和网状透镜；光通过微透镜 时，CIS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。,光电二极管（PD）：作为光电转换器件，捕捉光并 转换成电流；一般采用PIN二极管或PN结器件制成。像素设计：通过CIS上装配的有源像素传感器(APS) 实现。APS常由3至6个晶体管构成，可从大型电容阵列中获得或缓冲像素，并在像素内部将光电流转 换成电压，具有较完美的灵敏度水平和的噪声指标。,行 选 择 器,像素阵列,ADC,PLL,列选择器 和CDS,PGA,ISP灰度补偿 色彩插值 平滑处理 色彩校正,11,Bayer阵列滤镜与像素,像素，即亮光或暗光条件下的像素点数量， 是数码显示的基本单位，其实质是一个抽象 的取样，我们用彩色方块来表示。图示像素用R（红）G（绿）B（蓝）三原色填充，每个小像素块的长度指的是像素尺寸， 图示尺寸为0.8m。,像 素 与 像 素 尺 寸,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的方式将RGB相邻排列。,CMOS图像传感 器Bayer 阵列滤镜,12,Bayer阵列滤镜与像素,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Bayer滤镜色彩还原， 这一整套流程，就叫做Bayer阵列。,彩色滤镜块工作原理,前照式（FSI）与背照式（BSI）,早期的CIS采用的是前面照度技术FSI（FRONT-SIDE ILLUMINATED），拜尔阵列滤镜与光电二极管（PD）间夹杂着金属（铝，铜）区，大量金属连线的存在对进入传感器表面的光线存在较大的干扰，阻碍了相当一部分光线进入到下一层的光电二极管（PD），信噪比较低。技术改进后，在背面照 度技术BSI（FRONT-SIDE ILLUMINATED）的结构下，金属（铝，铜）区转移到光电二极管（PD） 的背面，意味着经拜尔阵列滤镜收集的光线不再众多金属连线阻挡，光线得以直接进入光电二极管；BSI不仅可大幅度提高信噪比，且可配合更复杂、更大规模电路来提升传感器读取速度。微透镜彩色滤光片金属区光接收面光电二极管（PD）,前面照度技术（FSI）,背面照度技术（BSI）,14,CIS参数帧率,帧率（Frame rate）：以帧为单位的位图图像连续出现在显示器上的频率，即每秒能显示多少张图片。 而想要实现高像素CIS的设计，很重要的一点就是Analog电路设计，像素上去了，没有匹配的高速读出 和处理电路，便无办法以高帧率输出出来。,Pixel,Pixel,Pixel,Pixel,CDS,CDS,Pixel,Pixel,Pixel,Pixel,CDS,CDS,ADC,ADC,CDS,CDS,模拟信号 数字信号,ADC,模拟信号降噪,模拟信号降噪,数字信号降噪,每个像素组自有ADC,多组共用一个ADC,传统CIS架构,Exmor架构,索尼早于2007年chuangan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CIS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。,图像传感器的历史沿革,CMOS图像传感器技术简介CMOS图像传感器的应用CMOS图像传感器的竞争格局 韦尔股份（豪威科技）分析,16,9%,13%,11%,10%,9%,9%,8%,8%,1%,0%,4%,8%,12%,16%,0,5000,10000,15000,20000,2015,2016,2017,2018,2019e,2021e,2022e,2023e,2024e,市场规模,2020eYOY,$M,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CIS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，CIS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。2500020%20%,CIS应用车载领域,车载领域的CIS应用包括：后视摄 像(RVC)，全方位视图系统 (SVS)，摄像机监控系统（CMS），FV/MV，DMS/IMS系统。,后视摄像(RVC),全方位视图系 统(SVS),摄像机监控系统（CMS）,FVMV,DMS/IMS系统,汽车图像传感器全球销量呈逐年增长趋势。后视摄像(RVC)是销量主力军，呈稳定增长趋势，2016年全球销量 为5100万台，2018年为6000万台，2019年预计达到6500万台。FV/MV全球销量增长迅速，2016年为1000万台，2018年为3000 万台，此后，预计FV/MV将依旧保持迅速增长趋势，预计2019年 销量可达4000万台，2021可达7500万台，直逼RVC全球销量。,汽车图像传感器 全球市场,车载领域HDR技术方法,HDR解决方案，即高动态范围成像，是用来实现比普通数位图像技术更大曝光动态范围。时间复用。相同的像素阵列通过使用多个卷帘（交错HDR）来描绘多个边框。好处：HDR方案是与传统传感器兼容的最简单的像素技术。缺点：不同时间发生的捕获导致产生运动伪影 。空间复用。单个像素阵列帧被分解为多个，通过不同的方法捕获：1.像素或行级别的独立曝光控制。优点： 单帧中的运动伪影比交错的运动伪影少。缺点：分辨率损失，且运动伪影仍然存在边缘。2.每个像素共用同一微透镜的多个光电二极管。优点：在单个多捕获帧中没有运动伪影；缺点：从等效像素区域降低灵敏度。非常大的全井产能。,时间复用技术,空间复用技术,车载领域闪变抑制技术,多个集成周期（时间多路传输）。在每个整合期内对光电二极管充电进行多次进行采样，样品光电二极管比LED源频率更高。多个光电二极管（空间多路复用）。使用较大的光电二极管捕捉较低的轻松的场景；使用较小的不灵敏光 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。其中包含一个大的灵敏光电二极管和一个小的不灵敏光电二极管，小型 不灵敏光电二极管可在整帧中合并，从而减轻LED闪烁。优势在于有出色的闪变抑制、计算复杂度低；劣 势在于更大更复杂的像素架构、更复杂的读数和电路定时、大型光电二极管和小型光电二极管和之间的光,谱灵敏度不匹配。,闪变抑制技术成像效果,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，是指红外灯的内核为LED IR Array的高效长寿的红外夜视设 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组合输出，并能够实现单独输出，或同时输出。 主要优势在于亮度高、体积小、寿命长，效率高，光线匀。应用于车载端的阵列摄像机,目前，阵列摄像机还面 临着诸多挑战。首先， 汽车光学对准误差难以保持温度范围；其次， 图像融合面向应用和复杂的计算；最后，高灵 敏度和低灵敏度图像之 间难以融合.,21,车载领域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，卷帘快门和全局快门。卷帘快门通过对每列像素使用A/D来提高 读取速度，每列像素数量可达数千。任何一个转换器数字化的像素总数显著减少，从而缩短了读取时间，提 高了帧速率。但整个传感器阵列仍必须转换为一个一次排，这导致每行读出之间的时间延迟很小。和机械式 焦平面快门一样，卷帘快门对高速运动的物体会产生明显的变形。而且因为其扫描速度比机械式焦平面快门 慢，变形会更加明显；全局快门则大大改善了应用于高度运动对象时的变形问题。改进的近红外（NIR）响应、高灵敏度滤色片阵列（RCCB）、数据加密处理、更高的帧速率、集成传感和 处理 、3D成像。,应用于高度运动对象时的变形问题,3D成像效果示意图,22,手机市场成长：智能手机X多镜头X更大尺寸,CIS应用手机领域,平均年增长率15%,平均年增长率20%,智能手机光学传感器尺寸,市场稳定,智能手机多镜头应用领域,尽管2019智能手机销量低迷，手机图像传感器的销售也可实现约20的增长。随着多镜头相机变得越来越普及，以及传感器尺寸的增加。 未来所有智能手机制造商都会发布具 有比以往更具价值的传感器型号。,23,拍照手机夏普2000年 推出首部拍照手机,智能手机后置摄像头：尺寸缩小 前置摄像头：开始出现,后置摄像头,前置摄像头,3D-sensing,双摄/多摄手机多摄像头方案提升拍照效果,自拍前置摄像头尺寸变大,3D-sensing 前置摄像头 实现人脸识别,主摄像头：第一部拍照手机智能手机双摄/多摄：2000年，夏普首次推出可拍照的手机；随后 智能手机时代到来，主摄像头素质不断提升；目前，双摄/多摄已成为主流前置摄像头：自拍3D-sensing：前置摄像头素质同步提升，目前越来越多厂商加入人脸识别功能。,手机领域手机摄像头发展史,摄像模组构成:镜头组+对焦马达+红外线滤光片+CMOS+模组封装,手机领域手机摄像模组,摄像模组,摄像模组分解图,CMOS决定照片质量的关键因素,手机领域主摄像素升级,手机领域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硬件升级。摄像头和CMOS成为了产品突出差异性的 卖点之一。抛开镜头差异，成像质量与CMOS大小成正比，主摄像素提升推动CMOS迭代升级。随着技术的发展，手机的CMOS也在日益增大，1/1.7英寸级的CMOS如今成为手机摄像头传感器的新选 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，也研发出了堆栈结构的CMOS。它在传统的感光层与底部电路之间 增加了一层DRAM动态存储器，从而让感光元件具备短时间拍摄大数据量影像的能力。,手机领域光学变焦趋势,手机摄像头过去以像素升级为主；受CMOS尺寸限制，手机摄像开始注重变焦能力。变焦有光学变焦与数码变焦两种。光学变焦通过光学原理调整焦距，成像画质无损。数码变焦就是通过软 件算法来放大/缩小，通过插值计算，成像有损，有较多噪点。为了进一步提升手机成像素质，注重变焦能力；而传统专业相机的光学系统无法移植到手机上。手机变焦 往往会采用“双摄变焦”，采用两个定焦镜头，利用其物理焦距的不同，实现变焦效果；显然，单摄已经 无法满足对光学变焦的需求了。,28,手机领域第四个摄像头：3D-sensing,目前主流的 3D 深度摄像主流有两种种方案：结构光、TOF。iPhone采用前者，华为采用后置。结构光（Structured Light）：结构光投射特定的光信息到物体表面后，由摄像头采集。根据物体造成 的光信号的变化来计算物体的位置和深度等信息，进而复原整个三维空间。TOF（Time Of Flight）：TOF 系统是一种光雷达系统，可从发射极向对象发射光脉冲，接收器则可通 过计算光脉冲从发射器到对象，再以像素格式返回到接收器的运行时间来确定被测量对象的距离。,结构光,TOF镜头,手机领域手机摄像模组数量,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、3D摄 像头的创新式开拓，单只手机 摄像模组的需求看涨。iPhone X、小米8、OPPO FIND X、三星 Galaxy S9+单 只摄像模组需求量均为4,；此外，华为P20 Pro和Mate20Pro均配备5组摄像模组。,单只手机摄像模 组需求量增加,手机领域：手机摄像头数量,后置：目前后置摄像头个数已 可做到三摄，未来随着3D深度摄像、神经网络长波红外镜头 等技术的发展，到2023年有望 达到五摄。前置：随着生物识别、眼动追 踪等需求看涨，到2023年前置 摄像头个数有望突破4只。未来，单只手机摄像头个数有 望突破10个。,单只手机摄像头配备量增加,前置,后置,总计,手机领域多摄带动CMOS用量提升,6.20%,6.20%,6.50%,7.40%,7.80%,6,.40%,4.60%,4,.40%,0%,1%,2%,3%,4%,5%,6%,7%,8%,0,0.5,1,1.5,2,2.5,3,3.5,49%,2017,2018,2019E,2023E,2024E,2020E2021E摄像头数量（个）,2022E增速,2017-2024 mobile camera CAGR：6.2%,根据Yole的统计显示，平均每部智能手机CMOS图像传感器数量在2024年将达到3.4个，年复合增长率 达到6.2%。手机摄像头数量增加，CIS出货量成倍增长。为了提高照相画质，手机引入了双摄、甚至三摄、四摄。,安防领域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）数字视频录像机（DVR）网络视频录像机（NVR）。视频监控系统越来越复杂，性能也不断升级。,安防领域当前监控摄像机类型,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1080P的清晰度。,高清摄像机,宽动态范围摄像机,3D立体摄像机,宽动态范围摄像机的芯片上集成宽动态范围摄像技术以 及图像处理技术，能在极暗 和极亮环境下拍摄。,3D立体摄像级具有在动态 光环境中保持追踪精度的能力，可与视频分析技术配合使用。,红外线摄像技术分为被动和主动两种类型。被动型：拍摄对象自身发射红外光被摄像机接受以成像。这 类设备昂贵并且对周围环境不能良好反映，所以在夜视系统 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，使红外摄像 机接收反射回来的红外光，增强夜视能力。目前红外摄像机 基本都配置LED红外发光二级管。,安防领域红外线摄像技术,主动型红外摄像机包含摄像机、防护罩、 红外灯、供电散热单元。它贴切的名称为 红外线增强摄像机。感光元件的频谱足够宽时能对红外线到可见光的连续谱产生感 应，形成包括红外线在内的光敏感。在普通可见光强下，宽范围感光元件增加了红 外频段，在弱光条件下，也能获得清楚的 图像。,35,红外线摄影术以成像为目标。伴随着电子与化学科技的进 展，红外线摄像技术逐渐演化出三个方向。红外感光材料及其感光范围,安防领域红外光成像,近红外线底片：感应范围为波长700nm900nm。在成像乳剂中加入 特殊染料，利用光化学反应，使这一 波域的光变化转为化学变化从而形成 影像。近红外线电子感光材料：感应范围为 波长700nm2,000nm。利用含硅化 合物晶体的光电反应形成电子信号， 进过进一步处产生影像。中、远红外线线感应材料：感应范围为波长3,000nm14,000nm。需要 使用冷却技术和特殊的光学感应器， 加工处理形成电子影像。,36,安防领域索尼STARVIS技术,普通红外摄像机配置的LED红外灯都存在使用寿命局限，随着使用时间增加，红外灯的发光效率会越来 越低，摄像机的夜视效果也就越来越差。索尼针对这个问题开发了STARVIS技术。带有索尼STARVIS技 术的红外摄像机能在0.0001Lux的黑暗环境中拍摄形成彩色图像，在拍摄黑白图像方面，最低照度可以 接近0Lux。所以带有索尼STARVIS技术的摄像机能在漆黑环境中实现拍摄监控。,37,STARVIS是一种用于监控摄像机的CMOS图像传感器的背照式像素技术，具有1m2 2000mV*或以 上的敏感性（彩色规格产品，当706cd/ m2 光源成像时，F5.6/1s积累当量），除可见光区域外，还 实现了近红外区域的高品质成像效果。采用STARVIS技术的监控摄像头可以直接在低照度环境中拍摄彩色图像，而无须使用红外灯或白光灯 等补光，灵敏度是普通监控摄像头的两倍。,安防领域索尼STARVIS技术,38,索尼STARVIS灵敏度优势,最客观的比较传感器灵敏度的标准是像素内光子到电子转换效率，这种标准只涉及像元尺寸和量子效率，不 需要传感器的其他参数。STARVIS图像传感器灵敏度达到2000mV* /m2以上，是EXview HAD CCD II图像传感器灵敏度的两倍，比 FI CMOS图像传感器的还要高。,安防领域索尼STARVIS技术,前照式像素技术,背照式像素技术,安防领域索尼STARVIS技术,普通CMOS像素都包含片上透镜、滤光片、金属配线层、光电二极管以及基板等部件。前照式像素技术使光线首先进入金属配线层。而背照式像素技术使光线首先进入光电二极管，从未避 免光线被金属配线层遮挡，提高光线利用效率，能在低照度环境下形成优质画面。索尼STARVIS技术：图像传感器灵敏度升级,40,CMOS传感器都具有模拟-数字（A/D）转换电路，可 将模拟像素信号转换为数字信号。并行信号处理是索 尼CMOS图像传感器提高处理速度的关键，在传感器中排列数千个电路，对它们同时进行操作，从而提高 速度。索尼CMOS传感器的A/D转换电路包含模拟电 路尺寸缩小、自动噪声消除等特性，可将降噪与提速相结合。,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。,索尼列并行A/D转换电路,安防领域索尼安防传感器,数据来源：索尼官网,41,索尼公司在2019年6月宣布公司即将推出两款新型CMOS图像传感器：IMX415（1/2.8 英寸、堆叠 式、4K高清）；IMX485（1/1.2英寸、背照式、4K 高清）。前款产品尺寸为市场同类产品中的最小尺寸；后款产品在低光照环境中的性能表现优异，比前 代产品提升2.3倍。携带这两款传感器的安防摄像机可满足正在蓬勃发展 的智慧城市建设中在防盗、灾难警报、交通监测以及,商业综合体等多种视频监控领域的市场需求。,索 尼 安 防 图 像 传 感 器 阵 容,索尼公司已推出19款用于安防监控的图像传感器，多数配备该公司的STARVIS技术。左：新产品右：IMX334,安防领域索尼安防传感器,新产品与IMX334影像传感 器（1/1.8英寸，有效像素842万）尺寸比较数据来源：索尼官网，西南证券整理,42,卓越的低光性能（0.5 lx）监控摄像机所需的最基本特性是高度灵敏。这是第一次专门为监控摄像 机开发的背照式像素，与以前的产品结构相比，灵敏度得到了显着提升。,为人们的安全和保障提供监控摄像头。索尼CMOS图像传感器持续进步，即使在恶劣条件下也能提供清 晰的图像，能为高质量监控摄像机设计提供必要的质量。,近红外灯（850 nmLED）当监视摄像机在低光照条件下使 用时，在近红外照明环境中也需 要高灵敏度。为了满足这一要求，索尼开发了 一种CMOS图像传感器，不仅在可见光范围内，而且在近红外光 范围内都具有更高的灵敏度。,具有STARVIS的12.4Mp（0.34 lx）即使是高分辨率，与现有全高清 传感器几乎相同的性能。聚焦特性经过优化，以实现背照 式结构的最大聚光效果。因此，与现有的前照式结构相比，我们 能够获得良好的入射角特性。,安防领域索尼安防传感器,特征1：厚质硅片增加硅片的厚度，能使硅片在 更大程度上吸收量子，提高量子效率，与薄质硅片相比，信号传递更有效。,豪威科技的Nyxel*夜鹰近红外科技加大了图像传感器的量子效率，提高了传感器对于近红外光谱的 灵敏度，使传感器能耗更少，看得更远更清晰。,特征2：深沟槽隔离深沟槽隔离能有效建立像素 间屏障，减少串扰，提升单元间转换的功效。,特征3：吸收结构使用严格控制的光学传播介 质，来防止暗色区域成像的不足，增强量子的传递。,安防领域豪威Nyxel技术,捕获更清晰， 图像更明亮Nyxel*夜鹰近红外科技将QE 量子效率提高了3倍，捕获清 晰，明亮的图片，传递最优的 图像数据。这一科技可应用在AR/VR领域，实现准确的眼睛 追踪和手势控制；也可以用于 驾驶者监控系统中探测驾驶者 的注意力分散以及疲劳驾驶。,完美的夜视效果随着近红外灵敏度的显著提升,Nyxel*夜鹰科技相比传统近 红外科技，拥有更好的量子吸 收效率。这意味着夜视性能的 提升将使得安防摄像头以及ADAS环视系统捕捉到更清晰， 距离更远的图像。,最少的能耗需求现阶段，绝大部分机器视觉以 及夜视近红外成像方案都依赖 易消耗能量的红外LED来实现及 加强。而配备Nyxel*夜鹰科 技的图像传感器需要的仅为最 小程度的照明-降低系统能耗 需求并且能延长安防摄像设备 的使用寿命。,安防领域豪威Nyxel技术,Nyxel技术使图像传感器在850nm和940nm波长的感光性能显著提升。在850nm波长处感光性提升 了3倍至60%的量子效率，在940nm处则提升了5倍至40%的量子效率。这两种波长光线都出在红外 光范围内，是最常用的近红外LED光源。,Nyxel像素技术,传统标准像素技术,安防领域豪威Nyxel技术,豪威Nyxel技术优势,Nyxel技术延长了像素单位 的路径，使图像传感器能探 测到更多光子，从而提高整体性能。Nxyel技术的量子 效率（QE）在850nm处为60，在940nm处为40，比普通图像传感器的量 子效率高出2至4倍。这样高 效的量子效率使在完全黑暗 环境中使用低功率红外照明 的设想得以实现，从而能降 低约3倍的功耗。,安防领域豪威Nyxel技术,47,产品的分辨率提高到了400万像素。,豪威推出2.9微米OS04A10图像传感器豪威科技公司在2019年6月发布了2.9微米级OS04A10图像传感器，配置了其业界领先的Nyxel近红外（NIR）和超低光技术，该新型,人眼无法感知波长940nm和850nm的近红外光，而夜间监控摄像机主要利用这两种波长的红外光成像。OS04A10图像传感器可以利用这两种近红外光来形成清晰图像。OS04A10图像传感器配置了业界领先的SNR1850nm和SNR1940nm性能技术，普通图像传感器的性能 高2至3倍。OS04A10图像传感器能实现业界最低的SNR1标准的同时还能录制4MP、1080p的视频。此外，豪威的 双转换增益技术具有业界最佳的ULL和HDR性能，能与多数图像信号处理器灵活配合。OS04A10图像传感器包装方面采用超小封装技术，但具有2.9微米的大像素。原因在于豪威使用了 PureCel-S芯片堆叠技术，将处理功能和成像阵列分为两层，从而进一步缩小了芯片的尺寸。,安防领域豪威安防传感器,数据来源：豪威官网,48,Aptina公司推出具有宽动态范围、支持3D摄像头和弱光环 境下高灵敏度的AR0331高清监控图像传感器，率先达到了 在线性模式和多重曝光宽动态范围两种模式下1080p分辨率、60fps帧率的性能。该芯片采用了1/3英寸光学格式， 能在低于1lux的弱光环境中工作，除了宽动态范围，还带有 内置自适应区域色调映射功能。,Aptina公司的AR0331图像传感器,AR0331图像传感器的技术升级不仅在于可在宽动态范围内拍摄高清视 频，还在于它支持3D立体摄像。复杂性高、响应速度慢、功耗高及系统成本高一直是双摄像头视差立体设计中的难题 ，导致摄像头的设计进展缓 慢。而AR0331图像传感器中新增了3D立体摄像技术，能使多个摄像机同 步工作。其中一个传感器用为主要传感器，其它的作为从传感器，将高效3D摄像头的设计简化，节省了成本。,安防领域Aptina安防传感器,49,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。,全球视频监控设备市场规模,全球安防摄像机市场销量在2015年约28万 件，其中监视摄像机约8万件，安保系统摄像机约20万个。预计到2021年安防摄像机市场 销量约64万件，其中监视摄像机约22万件，年 均复合增长率为18%，安保系统摄像机约42万个，年均复合增长率约13%。,全球安防摄像机销量情况及预测,安防领域全球市场规模,50,图像传感器应用医疗影像,与其他具有更高产量和更高成本敏感性的市场相比，图像传感器在医疗影像市场应用有其鲜明的特点： 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2014年开始，市场发展迅速，行业竞争加剧：韩国 和中国出现更多新参与者，成为现有大型企业的潜在障碍，行业完全整合的可能性降低。,传感器设计,制造,封装,医疗设备,设计工作室,IDM或代工,医疗设备公司,医疗设备公司,组件,组件系统,51,X-ray,内窥镜,光学相干断层扫描,分子成像,超声成像,图像传感器在医疗影像市场具有多元应用场景：X-ray、内窥镜、分子成像、光学相干断层扫描以及超 声成像。,图像传感器应用医疗影像,图像传感器应用医疗影像,$B,医 疗 设 备 市 场（）,CAGR2016-2022=8.5%,CAGR2016-2022=5.5%,$M,医 疗 传 感 器 市 场（）,医疗成像设备行业是一个巨大的350亿美元的市 场，2016-2022年预计复合年增长率达5.5。2016年，医疗传感器市场规模3.5亿美元，预计 2016-2022年复合增长率8.3，到2022年将达6亿美元。,CCD,CIS,TFT FPD（薄膜晶体管平板探测器）,PDA（二极管阵 列）,SiPM（硅光电倍增管）,超声波传感器,根据应用技术不同，医疗图像传感器可分为CCD， CIS，a-Si FPD（非晶硅薄膜晶体管平面探测器），a-Se FPD（非晶硒薄膜晶体管平板探测器），SiPM（硅光电倍增管）、cMUT（电容微机 械超声换能器）和pMUT（压电微机械超声换能,器）。,医疗影像市场规模,54,0,100,200,300,400,500,600,2015,2016,2017,2018,2019,2020,2021,2022,$M,硅光电倍增器（SiPM）,硅光电二极管阵列（Si PDA）,CMOS图像传感器,非晶硅薄膜晶体管平面探测器（a-Si TFT FPD）CCD图像传感器,数据来源：Yole，西南证券整理,CMOS传感器凭借其在通过更小的像素尺寸获得更高分辨率、降低噪声水平和暗电流以及低成本方面的优 越性在医疗影像领域得到越来越广泛的应用，未来市场看涨。CCD市场保持稳定。医用a-Si FPD因其简单性和大面板内置能力仍应用广泛；SiPM专用于分子成像；cMUT用于超声成像，可提供更高分辨率，更高速度和实时3D成像。,医疗影像市场规模,不同成像技术医疗影像传感器市场规模,55,传感器组件,传感器制造,传感器 设计,整 合 程 度,X-Ray,内窥镜,PET,医疗影像产业链,目前，CMOS图像传感器主要应用于X-Ray以及内窥镜领域。医疗 设备,56,CIS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WilhelmRntgen于1895年完成。 如今，X射线成像技术应用已 拓展到工业无损检测（NDT）以及安全领域。但医疗市场仍是X-Ray射线成像的主力应用场景。,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,