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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(kāi)始得到重視并開(kāi)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(chǎng)占據(jù)絕對(duì)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(duì)象景物的亮度和色彩信號(hào)，并通過(guò)復(fù)雜的信號(hào)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(duì)應(yīng)外界色彩和亮度的電荷信號(hào)，之后信號(hào)會(huì)被模擬-數(shù)字轉(zhuǎn)換電路轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像信號(hào)，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(guò)線路層的開(kāi)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(duì)較易實(shí)現(xiàn)、制造成本相對(duì)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(lái)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(chēng)為堆棧式結(jié)構(gòu)(Stacked)。此外，感光元件周?chē)倪壿嬰娐芬蚕鄳?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(duì)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(zhǎng)。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(jué)的發(fā)展以及汽車(chē)自動(dòng)駕駛對(duì)車(chē)載攝像頭的增多，對(duì)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(zhǎng)至77.2億顆，期間年復(fù)合增長(zhǎng)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(zhǎng)率，2025年預(yù)計(jì)可達(dá)116.4億顆。

  汽車(chē)智能化推動(dòng)車(chē)載CMOS芯片市場(chǎng)

  車(chē)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?、決策層、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(jué)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(shí)別能力強(qiáng)，是自動(dòng)駕駛中必不可少的傳感器。汽車(chē)智能化加速了車(chē)載攝像頭的應(yīng)用，CMOS芯片已經(jīng)大規(guī)模應(yīng)用于行車(chē)記錄儀、前向ADAS及倒車(chē)影像、360°環(huán)視影像、防碰撞系統(tǒng)。隨著汽車(chē)向電動(dòng)化和智能化方向發(fā)展，更多的新車(chē)將標(biāo)配ADAS(高級(jí)自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng))。各大汽車(chē)廠商預(yù)計(jì)也將會(huì)為了保持自家車(chē)輛產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力，導(dǎo)入更多攝像頭來(lái)獲取視頻影像信息用以構(gòu)建包括駕駛員監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、盲區(qū)監(jiān)測(cè)、行人防碰撞、信號(hào)燈識(shí)別等多元化的車(chē)載智能視覺(jué)系統(tǒng)。蔚來(lái)ET7的Aquila蔚來(lái)超感系統(tǒng)擁有11個(gè)800萬(wàn)像素高清攝像頭，3個(gè)前視，4個(gè)環(huán)視攝像頭，車(chē)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(chē)內(nèi)DMS攝像頭。

  高級(jí)別自動(dòng)駕駛推動(dòng)攝像頭量?jī)r(jià)齊升。自動(dòng)駕駛可分為L0~L5六個(gè)級(jí)別，目前主流自動(dòng)駕駛級(jí)別在L2~L3階段之間，L2主要功能涵蓋倒車(chē)監(jiān)控、全景泊車(chē)輔助、盲點(diǎn)檢測(cè)、自適應(yīng)巡航、前方碰撞預(yù)警、智能車(chē)速控制、車(chē)道偏離告警、行人檢測(cè)系統(tǒng)、交通信號(hào)及標(biāo)志牌識(shí)別，一般搭載3~13顆攝像頭。L4、L5級(jí)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(chē)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(chē)載攝像頭產(chǎn)品。