传感器技术正在从图像转变为信息

导读：随着移动设备中的照片功能变得越来越强大和更具竞争力，人们期望该技术将继续改进并推动进一步的创新。

像人眼一样，照相机依靠零件的各个部分（镜头，滤镜和电子设备）来提供视觉清晰度，颜色和深度。在智能手机相机中，与人眼视网膜相当的关键部件之一被称为CMOS图像传感器或CIS。

CIS技术的最初目的是优化图像质量以供人眼观看。现在，CIS技术正以一种新的目的进行改进——增强了人类的视野。它被用作收集数字图像信息的传感器，该信息为正在兴起的人工智能（AI）应用程序提供数据。从筛选制造过程中的缺陷到在黑暗环境中检测物体，该技术有许多新用途。

随着移动设备中的照片功能变得越来越强大和更具竞争力，人们期望该技术将继续改进并推动进一步的创新。

　　2023年，全球图像传感器市场达到232亿美元

根据Research and Markets 2018年的一份报告，到2023年，全球图像传感器市场预计将增长6.2％，达到232亿美元的市场。

在大多数情况下，增长主要归因于图像传感器性能的提高，但其他因素也在起作用。智能手机制造商已将相机创新视为在饱和市场中将其设备与竞争对手区分开来的一种方法。新型和多样化的相机功能（例如光学变焦）需要先进的传感器技术。低功耗和紧凑型图像传感器的发展以及在生物识别应用中图像传感设备的日益广泛使用也做出了贡献。移动设备中使用多个摄像头的趋势已成为驱动因素。

在智能手机相机中，图像质量通常与CIS息息相关，因为其性能会影响诸如分辨率，灵敏度和信噪比（SNR）等关键因素。但这还使新产品应用程序浮出水面，同时提高了成像设备的性能。因此，智能手机相机的CIS图像质量已经超过了紧凑型相机的水平，并且与数码单反相机的差距正在不断缩小。

　图像传感器技术的创新与发展

早期，CIS技术的目的是优化人眼的图像质量。随着技术的进步，其目标转向实现针对机器算法优化的图像质量。但是衍射极限限制了使CIS像素小型化的能力。

结果，公司通过不断开发设备和处理技术以及通过开发图像信号处理或ISP技术来支持各种应用领域，来提高CIS像素的集成水平。这是一个逐渐的转变。

在第一阶段，像素工程师专注于弥补由于像素尺寸减小而不可避免地导致的灵敏度损失，开发了许多创新技术，包括片上透镜（或微透镜），具有较厚硅的深光电二极管和背面照明技术。

随着像素大小达到大约1微米，第二阶段开始更多地关注于串扰的减少。在此期间，为了抑制光和电串扰，开发了诸如滤色器层中的金属栅格结构和用于Si光电二极管的深沟槽隔离工艺等新技术。通过这些新的创新，CIS平台有望发展成为一种支持高级附加功能的信息传感器，而不仅限于图像质量的提高。

这项创新背后的另一个驱动力是：堆栈传感器技术的出现。由于常规传感器具有在同一基板上实现像素和电路的结构，因此必须减小无光区域以减小CIS尺寸。因此，仅实现了模拟/数字电路的基本功能，并且增加用于附加功能的电路非常有限。

基于先进的半导体工艺，SK Hynix的堆栈传感器已经能够将简单的AI硬件引擎嵌入ISP在下部基板上。同时，新的基于机器学习的技术，例如超分辨率，色彩还原，面部识别和对象识别也正在开发中。

　　图像传感器的主要应用

这些新型芯片将在多个领域发挥作用，并且一些创新产品已经开始投放市场。

索尼最近宣布发布两种型号的智能视觉传感器，这是全球首款配备用于云服务的AI处理功能的图像传感器。这些产品扩大了开发配备AI的相机的机会，在零售和工业设备行业中实现了多种应用，并有助于构建与云链接的最佳系统。

例如，安装在设施入口处的带有这些传感器的摄像头可以计算进入设施的游客人数。当安装在零售货架上时，它可以检测库存短缺。它安装在天花板上，可用于为访问者加热地图，以确定人们聚集最多的区域。由于使用基于机器学习的ISP技术可以从输入图像中提取各种特征并将其分类，因此CIS将成为信息传感器的关键组件，该传感器收集有关图像，位置，距离和其他生物特征信息的各种数据点。

当它适用于自动驾驶汽车时，这一点变得尤为重要，自动驾驶汽车至少使用十个摄像头来检测周围环境。为了提高准确性，必须满足各种要求，例如对区分距离对象的高分辨率支持，对即使在黑暗环境中也能识别对象的HDR支持以及对ISP的预处理以减少处理器的计算量必须处理。

在安全性领域，有一项功能需要对CIS的内置ISP中的图像信号进行压缩和加密，然后将其传输到外部处理器。如果将未加密的图像信号照原样发送到外部，则会增加安全漏洞和信息泄漏的可能性。因此，CIS内部的加密功能至关重要。

智能手机应用程序在CIS市场份额中处于领先地位，但随着CIS未来增长的推动力，尤其是随着机器视觉应用程序的发展和发展，有望出现许多其他应用程序。这些新兴机会正在将技术从移动成像推向其他增长领域，并且我们可能会看到从使用视觉进行成像向使用视觉进行传感和其他交互应用的转变。

展望未来，CIS将被用于各种应用领域，包括智能手机相机，这将有助于创造经济和社会价值，这将使其在未来成为信息传感器的重要组成部分。

作者：Taehyun（Ted）Kim，SK Hynix的CIS ISP负责人