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  CMOS芯片是攝像頭的靈魂

  CMOS芯片是攝像頭模組的靈魂。在攝像頭模組中，圖像傳感器是靈魂部件，決定著攝像頭的成像品質(zhì)以及其他組件的結(jié)構(gòu)和規(guī)格，CMOS芯片和CCD芯片是當(dāng)前主流的兩種圖像芯片。相較于CCD芯片，CMOS芯片從90年代開始得到重視并開始投入大量研發(fā)資源，逐步趕超 CCD，當(dāng)前已經(jīng)在圖像傳感器市場占據(jù)絕對的主導(dǎo)地位。CMOS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。CMOS芯片是一個(gè)高度集成的圖像系統(tǒng)芯片。當(dāng)外界光線照射到CMOS芯片上的時(shí)候，傳感器擁有的感光單元陣列會(huì)發(fā)生光電效應(yīng)，光電效應(yīng)使得陣列上的每個(gè)感光單元產(chǎn)生對應(yīng)外界色彩和亮度的電荷信號，之后信號會(huì)被模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號，從而還原出現(xiàn)實(shí)的影像。

  CMOS芯片有前照式結(jié)構(gòu) (FSI) 及背照式結(jié)構(gòu)(BSI)。前照式結(jié)構(gòu) (FSI) ，前照式結(jié)構(gòu)為CMOS芯片的傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)，即自上而下的五層結(jié)構(gòu)，分別是透鏡層、濾色片層、線路層、感光元件層和基板層。當(dāng)光從正面入射，采用FSI結(jié)構(gòu)的CMOS芯片需要光線經(jīng)過線路層的開口，方可到達(dá)感光元件層然后進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換。前照式結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)是其工藝條件相對較易實(shí)現(xiàn)、制造成本相對較低，但若要實(shí)現(xiàn)優(yōu)良的性能則需要較高的設(shè)計(jì)能力。但也存在一定的局限性：隨著像素尺寸變小，可接收的入射光量下降，金屬布線反射和吸收的損耗在線路層變得愈發(fā)嚴(yán)重，極大限制傳感器的整體性能。

  背照式結(jié)構(gòu)(BSI)，采用背照式結(jié)構(gòu)的CMOS芯片將感光元件層的位臵更換至線路層上方，感光層僅保留感光元件的部分邏輯電路。采用背照式結(jié)構(gòu)，光線可以從背面入射直接到達(dá)感光元件層，電路布線阻擋和反射等因素帶來的光線損耗大幅減少。與前照式CMOS圖像傳感器相比，背照式CMOS芯片的感光效果顯著提升，但設(shè)計(jì)和工藝難度均較大且成本較高。在背照式結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，還可以進(jìn)一步改良，在上層僅保留感光元件而將所有線路層移至感光元件的下層，再將兩層芯片疊在一起，芯片的整體面積被極大地縮減，又被稱為堆棧式結(jié)構(gòu)(Stacked)。此外，感光元件周圍的邏輯電路也相應(yīng)移至底層，可有效抑制電路噪聲從而獲取更優(yōu)質(zhì)的感光效果。堆棧式結(jié)構(gòu)的制作工藝更加復(fù)雜，會(huì)導(dǎo)致成本進(jìn)一步提升，且對晶圓代工廠有極高的技術(shù)水平要求。

  全球CMOS芯片出貨量快速增長。智能手機(jī)多攝技術(shù)的發(fā)展，安防監(jiān)控的普及，機(jī)器視覺的發(fā)展以及汽車自動(dòng)駕駛對車載攝像頭的增多，對CMOS芯片需求旺盛。根據(jù)Frost&Sullivan數(shù)據(jù)，2016年至2020年，全球CMOS芯片出貨量從41.4億顆快速增長至77.2億顆，期間年復(fù)合增長率達(dá)到16.9%。預(yù)計(jì)2021年至2025年，全球CMOS芯片的出貨量將繼續(xù)保持8.5%的年復(fù)合增長率，2025年預(yù)計(jì)可達(dá)116.4億顆。

  汽車智能化推動(dòng)車載CMOS芯片市場

  車載攝像頭是自動(dòng)駕駛中必不可少的傳感器。自動(dòng)駕駛系統(tǒng)通?？煞譃楦兄獙印Q策層、執(zhí)行層。感知層所用到的傳感器包括攝像頭、激光雷達(dá)、毫米波雷達(dá)、超聲波雷達(dá)等視覺傳感器，以及速度和加速度傳感器等。相較于其他傳感器、攝像頭障礙識別能力強(qiáng)，是自動(dòng)駕駛中必不可少的傳感器。汽車智能化加速了車載攝像頭的應(yīng)用，CMOS芯片已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用于行車記錄儀、前向ADAS及倒車影像、360°環(huán)視影像、防碰撞系統(tǒng)。隨著汽車向電動(dòng)化和智能化方向發(fā)展，更多的新車將標(biāo)配ADAS(高級自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng))。各大汽車廠商預(yù)計(jì)也將會(huì)為了保持自家車輛產(chǎn)品的競爭力，導(dǎo)入更多攝像頭來獲取視頻影像信息用以構(gòu)建包括駕駛員監(jiān)測系統(tǒng)、盲區(qū)監(jiān)測、行人防碰撞、信號燈識別等多元化的車載智能視覺系統(tǒng)。蔚來ET7的Aquila蔚來超感系統(tǒng)擁有11個(gè)800萬像素高清攝像頭，3個(gè)前視，4個(gè)環(huán)視攝像頭，車頂兩個(gè)前向側(cè)視攝像頭，1個(gè)后視攝像頭，以及1個(gè)車內(nèi)DMS攝像頭。

  高級別自動(dòng)駕駛推動(dòng)攝像頭量價(jià)齊升。自動(dòng)駕駛可分為L0~L5六個(gè)級別，目前主流自動(dòng)駕駛級別在L2~L3階段之間，L2主要功能涵蓋倒車監(jiān)控、全景泊車輔助、盲點(diǎn)檢測、自適應(yīng)巡航、前方碰撞預(yù)警、智能車速控制、車道偏離告警、行人檢測系統(tǒng)、交通信號及標(biāo)志牌識別，一般搭載3~13顆攝像頭。L4、L5級別自動(dòng)駕駛ADAS系統(tǒng)尚在研發(fā)階段，一般需要搭載13顆以上攝像頭。3)傳統(tǒng)后視攝像頭僅需獲取偏靜態(tài)圖像，而ADAS攝像頭需要在車輛高速運(yùn)動(dòng)中捕捉清晰物體影像，因此ADAS攝像頭普遍規(guī)格更高、單價(jià)更高。此外伴隨自動(dòng)駕駛算力提升，將需要更高分辨率的車載攝像頭產(chǎn)品。