CMOS圖像傳感器在安防攝像機中的應用
來源:深圳市凱茉銳電子科技有限公司2020-05-08
隨著各式消費性電子的興起,圖像傳感器已成為半導體業中耀眼的明星產品之一,而在圖像傳感器中,CCD傳感器與新興成長的CMOS Sensor也逐漸找到自己的應用市場,希望成為市場上的主流技術。CMOS圖像傳感器與CCD傳感器相比具有感光度低、信噪比高的缺點,但是其仍具有低功耗、低成本等優點。針對全球Image Sensor(影像傳感器)IC組件市場分析,2010年全球Image Sensor組件應用市場規模為7.1億美元,在經過金融風暴的影響后,仍持續呈現正成長趨勢。TRI預估在2012年Image Sensor市場之規模將近8.5億美元;Image Sensor市場占比尤以CMOS Sensor之比重為高,平均占比約在9成左右。
針對CMOS Sensor市場規模分析,2010年CMOS Sensor組件整體市場規模為6.3億美元,占整體ImageSensor市場89%,整體市場趨勢平均維持90%的區間范圍。而在各項消費性電子搭載的滲透率偏高的狀態下,未來成長幅度趨緩進入產業成長成熟期,TRI預估CMOS Sensor在2011年年成長率為13%,未來將追求在技術像素及制造成本上的進步。
CMOS Sensor為攝像機模塊應用市場重要的影像傳感器應用組件,其中應用占比高的為通訊電子商品,占整體CMOS Sensor市場的70%,而CMOS Sensor市場的主要應用包括安全系統、車用系統、PC相關周邊應用、數碼相機等。IPad帶動的平板電腦市場是CMOS Sensor成長快的應用市場。
安防攝像機的應用市場占圖像傳感器市場值1成之間,過去多使用CCD作為影像傳感器,近年來CMOSSensor的性能不斷提升,開始打入長久為CCD Sensor獨占的市場,主要偏向較低價的安防攝像機。
CCD與CMOS的技術特點主要在于成像過程、集成度、功耗、性能指標等方面。
CCD和CMOS使用相同的光敏材料,因而受光后產生電子的基本原理相同,但是讀取過程不同:CCD是在同步信號和時鐘信號的配合下以幀或行的方式轉移,整個電路非常復雜,讀出速率慢;CMOS則以類似DRAM的方式讀出信號,電路簡單,讀出速率高。
采用特殊制造工藝的CCD讀出電路比較復雜,很難將A/D轉換、信號處理、自動增益控制、精密放大和存儲功能集成到一塊芯片上,一般需要多個芯片組合實現,同時還需要一個多通道非標準供電電壓。借助于大規模集成制造工藝,CMOS圖像傳感器能非常容易地把上述功能集成到單一芯片上,多數CMOS圖像傳感器同時具有模擬和數字輸出信號。
CCD需多種電源供電,功耗較大,體積也比較大。CMOS只需一個單電源(3V~5V)供電,其功耗相當于CCD的1/10,高度集成CMOS芯片可以做的相當小。
CCD技術已經相當成熟,而CMOS正處于蓬勃發展時期,雖然目前高端CMOS圖像質量暫時不如CCD,但有些指標(如傳輸速率等方面)已超過CCD。由于CMOS具有諸多優點,國內外許多機構已經應用CMOS圖像傳感器開發出眾多產品。
CMOS傳感器的技術發展跟隨摩爾定律快速發展,尤其是幾年來在市場需求的推動下,關鍵技術不斷取得突破。對于用戶關注的CMOS的照度和噪點等問題,實際上可見光下CMOS的信噪比遠高于CCD。一方面,隨著國際CMOS大廠的不斷改進,CMOS還繼續在成像的通透性、對實物的色彩還原能力等方面迎頭趕上。研發了感光度增強技術,進而通過使用大尺寸傳感器提高開口率,這正是提高CMOS感光能力的直接辦法。即便是在噪音控制方面,有公司將專門的噪聲檢測算法直接整合于CMOS圖像傳感器的控制邏輯中。通過這項技術,固定噪聲就可以成功剔除了。更何況CMOS的價格遠低于CCD設備。另一方面,在ISP中采用多種技術革新,如去噪技術來提升CMOS的噪點問題。
此外,從工藝上來講,CCD每提升100萬像素就需要對其生產線進行改造,研發生產的成本比較高。如果CCD尺寸仍然維持在2/3英寸的話,單位電極的間隙就被限制在0.4微米以內,進而導致制造中產生的損品率與生產成本大幅度攀升。
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