CMOS圖像傳感器(CIS)是將光子轉(zhuǎn)換為電子進(jìn)行數(shù)字處理，把圖像信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)的芯片，主要用于在數(shù)碼相機(jī)、數(shù)碼閉路電視攝像機(jī)和數(shù)碼攝像機(jī)中的創(chuàng)建圖像，是數(shù)碼攝像頭的關(guān)鍵部件。由于攝像頭的功能包括拍照、攝像、圖像識(shí)別、身份驗(yàn)證等，數(shù)碼產(chǎn)品對(duì)CMOS圖像傳感器性能的要求也越來(lái)越高。通常CMOS圖像傳感器主要由四個(gè)組件構(gòu)成：微透鏡、彩色濾光片(CF)、光電二極管(PD)、像素設(shè)計(jì)。
從產(chǎn)業(yè)鏈來(lái)看，CMOS圖像傳感器產(chǎn)業(yè)鏈上游主要包括晶圓代工廠、封測(cè)廠，中游主要CMOS圖像傳感器設(shè)計(jì)企業(yè)，下游包括各種模組廠商和系統(tǒng)廠商以及終端廠商。
CMOS圖像傳感器產(chǎn)業(yè)鏈
二、市場(chǎng)分析
1、全球CMOS圖像傳感器行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模分析
近年來(lái)，全球CMOS圖像傳感器行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模整體呈現(xiàn)穩(wěn)定增長(zhǎng)的態(tài)勢(shì)。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，全球CMOS圖像傳感器銷售額從2017年的139.05億美元增長(zhǎng)至2021年的213.28億美元，期間年均復(fù)合增長(zhǎng)率為11.29%，預(yù)計(jì)2027年銷售額將增長(zhǎng)至314.41億美元，2022-2027年均復(fù)合增長(zhǎng)率為6.12%。
目前，隨著手機(jī)攝像頭數(shù)量上升，CMOS圖像傳感器在手機(jī)攝像頭領(lǐng)域應(yīng)用量越來(lái)越大，2021年市場(chǎng)份額占比達(dá)75.9%。不過(guò)，隨著電動(dòng)車滲透率上升及智能駕駛的發(fā)展，CMOS圖像傳感器將在車用攝像頭領(lǐng)域使用量越來(lái)越多。
2、中國(guó)CMOS圖像傳感器行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模分析
我國(guó)CMOS圖像傳感器行業(yè)處于高速發(fā)展階段。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2021年我國(guó)CMOS圖像傳感器行業(yè)銷售額為295.4億元，同比增長(zhǎng)19%，增速明顯快于全球，預(yù)計(jì)2023年市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到433.2億元。
而我國(guó)CMOS圖像傳感器行業(yè)下游應(yīng)用領(lǐng)域主要包括智能手機(jī)、計(jì)算機(jī)、安防監(jiān)控、汽車電子、消費(fèi)、工業(yè)(含機(jī)器視覺(jué))、國(guó)防與航空航天(含科學(xué)儀器)和醫(yī)療等領(lǐng)域。其中，CMOS圖像傳感器在智能手機(jī)行業(yè)應(yīng)用占比最高，達(dá)62%。
三、下游應(yīng)用市場(chǎng)分析
具體從應(yīng)用市場(chǎng)現(xiàn)狀來(lái)看，CMOS圖像傳感器下游應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，不同的應(yīng)用領(lǐng)域?qū)τ贑MOS圖像傳感器的需求有所不同。
CMOS圖像傳感器行業(yè)下游主要性能參數(shù)指標(biāo)
主要性能參數(shù)
基本介紹
光學(xué)尺寸
光學(xué)尺寸是指CMOS圖像傳感器感光區(qū)域?qū)蔷�的長(zhǎng)度，光學(xué)尺寸越大，相同大小晶圓產(chǎn)出的芯片數(shù)量越少，芯片成本也越高。
像素尺寸
像素尺寸是單個(gè)像素的XY方向的尺寸，像素尺寸越小，同等分辨率下芯片越小，成本越低;像素尺寸亦與芯片的光電指標(biāo)直接相關(guān)，像素尺寸越大，靈敏度越高。像素尺寸的選擇需要結(jié)合晶圓代工廠的工藝、產(chǎn)品性能、應(yīng)用方向、快門類型、成本等綜合考慮。
分辨率
分辨率一般指CMOS圖像傳感器在水平方向和垂直方向上像素的數(shù)量，如1920x1080，或2百萬(wàn)分辨率(2MP)。分辨率越高說(shuō)明CMOS圖像傳感器包含的像素?cái)?shù)量越多，捕捉的圖像細(xì)節(jié)越豐富。
快門類型
按照快門類型，CMOS圖像傳感器可以劃分為全局快門和卷簾快門。全局快門是高速移動(dòng)場(chǎng)景下的最佳快門方式，但因像素內(nèi)集成存儲(chǔ)單元需要相對(duì)復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)，降低了像素內(nèi)有效感光面積，因此全局快門CMOS圖像傳感器一般暗噪聲較高、靈敏度和動(dòng)態(tài)范圍較低。在卷簾快門圖像傳感器中，雖然每個(gè)像素的曝光時(shí)間相同，但其采用逐行開始曝光、逐行截止曝光并讀出的工作方式。卷簾快門像素內(nèi)無(wú)需存儲(chǔ)單元，因此像素結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，可以最大程度優(yōu)化有效感光面積，提升CMOS圖像傳感器的靈敏度和滿阱。但是卷簾快門在被拍攝對(duì)象移動(dòng)速度較快時(shí)，易出現(xiàn)圖像模糊、畸變等情形。
幀頻
幀頻是指CMOS圖像傳感器每秒可采集并讀出的圖像數(shù)量。高速運(yùn)動(dòng)的物體需要使用高幀頻的CMOS圖像傳感器來(lái)捕捉運(yùn)動(dòng)過(guò)程。隨著幀頻的升高，曝光時(shí)間變短，對(duì)于像素的靈敏度要求也越高。
滿阱
滿阱是指像素所能收集并容納的電子個(gè)數(shù)的極限。滿阱越大，CMOS圖像傳感器的最大信噪比越大。
量子效率
量子效率是衡量光電轉(zhuǎn)化效率的重要指標(biāo)，定義為入射光子和被像素收集到的電子的比例，通常用百分比表示。如量子效率50%，意味著每2個(gè)照射到感光區(qū)域的光子可轉(zhuǎn)化成1個(gè)電子。
暗噪聲
暗噪聲又稱時(shí)域暗噪聲或讀出噪聲，是指像素在完全黑暗環(huán)境中、最短曝光時(shí)間下、同一像素幀與幀之間輸出的不一致性，暗噪聲越小，在信號(hào)微弱時(shí)圖像的信噪比越高。
動(dòng)態(tài)范圍
動(dòng)態(tài)范圍是衡量CMOS圖像傳感器對(duì)同一場(chǎng)景下不同光照條件的采集能力的一個(gè)參數(shù)，它表明了CMOS圖像傳感器對(duì)強(qiáng)光和弱光同時(shí)分辨的能力，一般來(lái)說(shuō)動(dòng)態(tài)范圍越大，圖像所能呈現(xiàn)的層次越豐富。
1、智能手機(jī)領(lǐng)域
根據(jù)數(shù)據(jù)，作為CMOS圖像傳感器最大的應(yīng)用領(lǐng)域，2021年智能手機(jī)領(lǐng)域CMOS圖像傳感器全球銷售額為134.41億美元，2017-2021年均復(fù)合增長(zhǎng)率為9.47%。受下游手機(jī)市場(chǎng)低迷的影響，智能手機(jī)領(lǐng)域CMOS圖像傳感器需求增速有所放緩，預(yù)計(jì)2027年銷售額為195.24億美元，2022-2027年均復(fù)合增長(zhǎng)率為5.46%。
2、安防監(jiān)控領(lǐng)域
近年來(lái)，安防監(jiān)控在全球范圍內(nèi)的應(yīng)用整體呈現(xiàn)高速發(fā)展的態(tài)勢(shì)。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2021年全球安防監(jiān)控領(lǐng)域CMOS圖像傳感器銷售額為19.65億美元，2017-2021年均復(fù)合增長(zhǎng)率為16.16%。未來(lái)，隨著安防監(jiān)控行業(yè)整體市場(chǎng)不斷擴(kuò)大，預(yù)計(jì)2027年市場(chǎng)銷售額將達(dá)到36.33億美元，2022-2027年均復(fù)合增長(zhǎng)率為9.42%。
3、汽車電子領(lǐng)域
近年來(lái)，CMOS圖像傳感器已經(jīng)被大規(guī)模應(yīng)用在智能車載行車記錄、前視及倒車影像、360°環(huán)視影像、防碰撞系統(tǒng)等。根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，2021年全球汽車電子領(lǐng)域CMOS圖像傳感器銷售額為17.12億美元，2017-2021年均復(fù)合增長(zhǎng)率為15.16%。隨著汽車智能輔助駕駛的發(fā)展，車載CMOS圖像傳感器需求將會(huì)大幅增長(zhǎng)，預(yù)計(jì)2027年銷售額將達(dá)到32.44億美元，2022-2027年均復(fù)合增長(zhǎng)率為10.29%。
三、發(fā)展趨勢(shì)
1、進(jìn)一步加大對(duì)像素研發(fā)的投入
根據(jù)觀研報(bào)告網(wǎng)發(fā)布的《中國(guó)CMOS圖像傳感器行業(yè)發(fā)展趨勢(shì)研究與未來(lái)前景分析報(bào)告(2023-2030年)》顯示，像素是CMOS圖像傳感器中的核心單元，直接決定CMOS圖像傳感器的核心指標(biāo)，其性能優(yōu)劣是產(chǎn)品能否得到市場(chǎng)青睞的關(guān)鍵因素。為確保自身CMOS圖像傳感器產(chǎn)品豐富度，以滿足多樣化市場(chǎng)需求，生產(chǎn)廠商將逐步加大對(duì)像素研發(fā)的投入，持續(xù)推出多樣化、高性能的CMOS圖像傳感器，從而使自身產(chǎn)品具備較強(qiáng)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。
2、堆棧式芯片架構(gòu)將得到更廣泛應(yīng)用
堆棧式架構(gòu)的出現(xiàn)使得CMOS圖像傳感器的像素和電路可以進(jìn)行獨(dú)立設(shè)計(jì)和優(yōu)化，例如電路設(shè)計(jì)可使用更先進(jìn)的工藝制程，從而提升電路性能;像素設(shè)計(jì)可以使用普通工藝制程，有效控制成本，同時(shí)堆棧式架構(gòu)的像素填充系數(shù)可以達(dá)到100%，從而提升量子效率和靈敏度。目前，堆棧式芯片架構(gòu)已廣泛應(yīng)用于高端消費(fèi)類產(chǎn)品，未來(lái)采用堆棧式架構(gòu)的CMOS圖像傳感器將逐步更廣泛應(yīng)用。
