傳感器技術(shù)正在從圖像轉(zhuǎn)變?yōu)樾畔?/h3>

2021-02-02 09:13 傳感器大佬

關(guān)鍵詞：傳感器智能化物聯(lián)網(wǎng)

導(dǎo)讀：隨著移動(dòng)設(shè)備中的照片功能變得越來(lái)越強(qiáng)大和更具競(jìng)爭(zhēng)力，人們期望該技術(shù)將繼續(xù)改進(jìn)并推動(dòng)進(jìn)一步的創(chuàng)新。

像人眼一樣，照相機(jī)依靠零件的各個(gè)部分（鏡頭，濾鏡和電子設(shè)備）來(lái)提供視覺(jué)清晰度，顏色和深度。在智能手機(jī)相機(jī)中，與人眼視網(wǎng)膜相當(dāng)?shù)年P(guān)鍵部件之一被稱(chēng)為CMOS圖像傳感器或CIS。

CIS技術(shù)的最初目的是優(yōu)化圖像質(zhì)量以供人眼觀看?，F(xiàn)在，CIS技術(shù)正以一種新的目的進(jìn)行改進(jìn)——增強(qiáng)了人類(lèi)的視野。它被用作收集數(shù)字圖像信息的傳感器，該信息為正在興起的人工智能（AI）應(yīng)用程序提供數(shù)據(jù)。從篩選制造過(guò)程中的缺陷到在黑暗環(huán)境中檢測(cè)物體，該技術(shù)有許多新用途。

隨著移動(dòng)設(shè)備中的照片功能變得越來(lái)越強(qiáng)大和更具競(jìng)爭(zhēng)力，人們期望該技術(shù)將繼續(xù)改進(jìn)并推動(dòng)進(jìn)一步的創(chuàng)新。

　　2023年，全球圖像傳感器市場(chǎng)達(dá)到232億美元

根據(jù)Research and Markets 2018年的一份報(bào)告，到2023年，全球圖像傳感器市場(chǎng)預(yù)計(jì)將增長(zhǎng)6.2％，達(dá)到232億美元的市場(chǎng)。

在大多數(shù)情況下，增長(zhǎng)主要?dú)w因于圖像傳感器性能的提高，但其他因素也在起作用。智能手機(jī)制造商已將相機(jī)創(chuàng)新視為在飽和市場(chǎng)中將其設(shè)備與競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手區(qū)分開(kāi)來(lái)的一種方法。新型和多樣化的相機(jī)功能（例如光學(xué)變焦）需要先進(jìn)的傳感器技術(shù)。低功耗和緊湊型圖像傳感器的發(fā)展以及在生物識(shí)別應(yīng)用中圖像傳感設(shè)備的日益廣泛使用也做出了貢獻(xiàn)。移動(dòng)設(shè)備中使用多個(gè)攝像頭的趨勢(shì)已成為驅(qū)動(dòng)因素。

在智能手機(jī)相機(jī)中，圖像質(zhì)量通常與CIS息息相關(guān)，因?yàn)槠湫阅軙?huì)影響諸如分辨率，靈敏度和信噪比（SNR）等關(guān)鍵因素。但這還使新產(chǎn)品應(yīng)用程序浮出水面，同時(shí)提高了成像設(shè)備的性能。因此，智能手機(jī)相機(jī)的CIS圖像質(zhì)量已經(jīng)超過(guò)了緊湊型相機(jī)的水平，并且與數(shù)碼單反相機(jī)的差距正在不斷縮小。

　圖像傳感器技術(shù)的創(chuàng)新與發(fā)展

早期，CIS技術(shù)的目的是優(yōu)化人眼的圖像質(zhì)量。隨著技術(shù)的進(jìn)步，其目標(biāo)轉(zhuǎn)向?qū)崿F(xiàn)針對(duì)機(jī)器算法優(yōu)化的圖像質(zhì)量。但是衍射極限限制了使CIS像素小型化的能力。

結(jié)果，公司通過(guò)不斷開(kāi)發(fā)設(shè)備和處理技術(shù)以及通過(guò)開(kāi)發(fā)圖像信號(hào)處理或ISP技術(shù)來(lái)支持各種應(yīng)用領(lǐng)域，來(lái)提高CIS像素的集成水平。這是一個(gè)逐漸的轉(zhuǎn)變。

在第一階段，像素工程師專(zhuān)注于彌補(bǔ)由于像素尺寸減小而不可避免地導(dǎo)致的靈敏度損失，開(kāi)發(fā)了許多創(chuàng)新技術(shù)，包括片上透鏡（或微透鏡），具有較厚硅的深光電二極管和背面照明技術(shù)。

隨著像素大小達(dá)到大約1微米，第二階段開(kāi)始更多地關(guān)注于串?dāng)_的減少。在此期間，為了抑制光和電串?dāng)_，開(kāi)發(fā)了諸如濾色器層中的金屬柵格結(jié)構(gòu)和用于Si光電二極管的深溝槽隔離工藝等新技術(shù)。通過(guò)這些新的創(chuàng)新，CIS平臺(tái)有望發(fā)展成為一種支持高級(jí)附加功能的信息傳感器，而不僅限于圖像質(zhì)量的提高。

這項(xiàng)創(chuàng)新背后的另一個(gè)驅(qū)動(dòng)力是：堆棧傳感器技術(shù)的出現(xiàn)。由于常規(guī)傳感器具有在同一基板上實(shí)現(xiàn)像素和電路的結(jié)構(gòu)，因此必須減小無(wú)光區(qū)域以減小CIS尺寸。因此，僅實(shí)現(xiàn)了模擬/數(shù)字電路的基本功能，并且增加用于附加功能的電路非常有限。

基于先進(jìn)的半導(dǎo)體工藝，SK Hynix的堆棧傳感器已經(jīng)能夠?qū)⒑?jiǎn)單的AI硬件引擎嵌入ISP在下部基板上。同時(shí)，新的基于機(jī)器學(xué)習(xí)的技術(shù)，例如超分辨率，色彩還原，面部識(shí)別和對(duì)象識(shí)別也正在開(kāi)發(fā)中。

　　圖像傳感器的主要應(yīng)用

這些新型芯片將在多個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮作用，并且一些創(chuàng)新產(chǎn)品已經(jīng)開(kāi)始投放市場(chǎng)。

索尼最近宣布發(fā)布兩種型號(hào)的智能視覺(jué)傳感器，這是全球首款配備用于云服務(wù)的AI處理功能的圖像傳感器。這些產(chǎn)品擴(kuò)大了開(kāi)發(fā)配備AI的相機(jī)的機(jī)會(huì)，在零售和工業(yè)設(shè)備行業(yè)中實(shí)現(xiàn)了多種應(yīng)用，并有助于構(gòu)建與云鏈接的最佳系統(tǒng)。

例如，安裝在設(shè)施入口處的帶有這些傳感器的攝像頭可以計(jì)算進(jìn)入設(shè)施的游客人數(shù)。當(dāng)安裝在零售貨架上時(shí)，它可以檢測(cè)庫(kù)存短缺。它安裝在天花板上，可用于為訪(fǎng)問(wèn)者加熱地圖，以確定人們聚集最多的區(qū)域。由于使用基于機(jī)器學(xué)習(xí)的ISP技術(shù)可以從輸入圖像中提取各種特征并將其分類(lèi)，因此CIS將成為信息傳感器的關(guān)鍵組件，該傳感器收集有關(guān)圖像，位置，距離和其他生物特征信息的各種數(shù)據(jù)點(diǎn)。

當(dāng)它適用于自動(dòng)駕駛汽車(chē)時(shí)，這一點(diǎn)變得尤為重要，自動(dòng)駕駛汽車(chē)至少使用十個(gè)攝像頭來(lái)檢測(cè)周?chē)h(huán)境。為了提高準(zhǔn)確性，必須滿(mǎn)足各種要求，例如對(duì)區(qū)分距離對(duì)象的高分辨率支持，對(duì)即使在黑暗環(huán)境中也能識(shí)別對(duì)象的HDR支持以及對(duì)ISP的預(yù)處理以減少處理器的計(jì)算量必須處理。

在安全性領(lǐng)域，有一項(xiàng)功能需要對(duì)CIS的內(nèi)置ISP中的圖像信號(hào)進(jìn)行壓縮和加密，然后將其傳輸?shù)酵獠刻幚砥?。如果將未加密的圖像信號(hào)照原樣發(fā)送到外部，則會(huì)增加安全漏洞和信息泄漏的可能性。因此，CIS內(nèi)部的加密功能至關(guān)重要。

智能手機(jī)應(yīng)用程序在CIS市場(chǎng)份額中處于領(lǐng)先地位，但隨著CIS未來(lái)增長(zhǎng)的推動(dòng)力，尤其是隨著機(jī)器視覺(jué)應(yīng)用程序的發(fā)展和發(fā)展，有望出現(xiàn)許多其他應(yīng)用程序。這些新興機(jī)會(huì)正在將技術(shù)從移動(dòng)成像推向其他增長(zhǎng)領(lǐng)域，并且我們可能會(huì)看到從使用視覺(jué)進(jìn)行成像向使用視覺(jué)進(jìn)行傳感和其他交互應(yīng)用的轉(zhuǎn)變。

展望未來(lái)，CIS將被用于各種應(yīng)用領(lǐng)域，包括智能手機(jī)相機(jī)，這將有助于創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)和社會(huì)價(jià)值，這將使其在未來(lái)成為信息傳感器的重要組成部分。

作者：Taehyun（Ted）Kim，SK Hynix的CIS ISP負(fù)責(zé)人