CMOS图像传感器（CIS）是模拟电路和数字电路的集成。 它主要由四个部分组成：微透镜、彩色滤光片（CF）、光电二极管（PD）和像素设计。
微透镜：有球面和网状透镜； 当光线通过微透镜时，CIS 的非活动部分负责收集光线并将其聚焦到彩色滤光片上。
彩色滤光片（CF）：将反射光中的红、绿、蓝（RGB）分量分开，通过感光元件形成拜耳阵列滤光片。
光电二极管（PD）：作为光电转换器件，它捕获光并将其转换为电流； 一般由PIN二极管或PN结器件制成。
像素设计：通过装配在CIS上的有源像素传感器（APS）来实现。 APS通常由3至6个晶体管组成，可以从大型电容器阵列中获取或缓冲像素，并在像素内部将光电流转换为电压，具有完美的灵敏度水平和噪声指标。
拜耳阵列滤波器和图像
感光元件上的每个方块代表一个像素块，上面贴有一层彩色滤光片（CF）。 CF将反射光中的RGB成分分离后，通过感光元件形成拜耳阵列滤光片。 经典的拜耳阵列以 2x2 的方式成像，总共有四个分散的 RGB 网格。 Quad Bayer阵列扩展为4x4，RGB以2x2的方式相邻排列。
像素，即亮光或暗光条件下像素的数量，是数字显示的基本单位。 它的本质是一种抽象采样，我们用彩色方块来表示。
图片中的像素由R（红）、G（绿）、B（蓝）三基色填充。 每个小像素块的长度是指像素大小。 图片尺寸为0.8μm。
滤光片上的每个小方块对应感光元件的一个像素块，即每个像素前面都覆盖有特定的彩色滤光片。 例如，如果红色滤光块仅允许红光投射到感光元件上，则对应的像素块将仅反射红光信息。
之后需要后期色彩还原来猜测颜色，最终形成一张完整的彩色照片。 感光元件→拜耳滤光片→色彩还原的整个过程称为拜耳阵列。
前照式 (FSI) 和背照式 (BSI)
早期的CIS采用前照式技术FSI（FRONT-SIDE）。 拜耳阵列滤光片和光电二极管 (PD) 之间混合有金属（铝、铜）区域。 大量金属连接的存在影响了进入传感器表面的光线。 存在较大的干扰，阻挡了相当一部分光线进入下一层的光电二极管（PD），导致信噪比较低。
经过技术改进，在背面照明技术BSI（FRONT-SIDE）的结构下，金属（铝、铜）区域被转移到光电二极管（PD）的背面，这意味着拜耳阵列滤光片收集的光线不再富含金属。 连接被阻挡，光线可以直接进入光电二极管； BSI不仅可以大幅度提高信噪比，而且可以与更复杂、更大规模的电路配合使用，提高传感器的读取速度。
CIS参数—框架
帧率：帧中位图图像在显示器上连续出现的频率，即每秒可以显示多少张图片。
如果要实现高像素CIS的设计，很重要的一点就是电路设计。 随着像素的上升，如果没有匹配的高速读出和处理电路，就没有办法以高帧率输出。
索尼早在2007年就发布了首款Exmor传感器，Exmor传感器每列像素下都有独立的ADC模数转换器，这意味着模数转换可以在CIS芯片上完成，有效减少噪音，大大提高读取速度，并简化PCB设计。
全球CMOS图像传感器市场规模
2017年是CMOS图像传感器的高增长点，同比增长20%。 2018年，全球CIS市场规模为155亿美元，预计2019年同比增长10%，达到170亿美元。
目前，CIS市场正处于稳定增长期。 预计2024年市场将逐渐饱和，市场规模达到240亿美元。
CIS应用—车载领域
CIS在汽车领域的应用包括：后视摄像头（RVC）、环视系统（SVS）、摄像头监控系统（CMS）、FV/MV、DMS/IMS系统。
汽车图像传感器的全球销量逐年增长。
后视摄像头（RVC）是销售主力，并呈现稳定增长趋势。 2016年全球销量为5100万台，2018年为6000万台，预计2019年将达到6500万台。
FV/MV全球销量快速增长，2016年达到1000万台，2018年达到3000万台。此后，FV/MV预计将保持快速增长趋势，2019年销量预计将达到4000万台，75 2021年台湾销量将达到100万台，接近RVC的全球销量。
汽车领域-HDR技术与方法
HDR 解决方案或高动态范围成像用于实现比普通数字成像技术更大的动态曝光范围。
时间复用。 相同的像素阵列使用多个卷帘快门（交错 HDR）描绘多个边界。
优点：HDR解决方案是与传统传感器兼容的最简单的像素技术。
缺点：在不同时间发生的捕获会导致运动伪影。
空间再利用。 单个像素阵列帧被分成多个，通过不同的方法捕获：
1. 像素级或行级独立曝光控制。
优点：单帧中的运动伪影比交错帧中的运动伪影更少。
缺点：分辨率丢失，并且边缘处残留运动伪影。
2. 每个像素共享同一微透镜的多个光电二极管。
优点：单个多捕捉帧中没有运动伪影；
缺点： 等效像素区域的灵敏度降低。
非常大的满井生产率。
汽车领域-闪烁抑制技术
多个积分周期（时间复用）。 在每个积分周期内，光电二极管电荷会被多次采样，采样光电二极管的频率高于 LED 光源的频率。
多个光电二极管（空间复用）。 使用更大的光电二极管捕捉低光场景； 使用更小、不敏感的光电二极管在整个帧时间内进行积分（减轻 LED 闪烁）。
每个像素由两个光电二极管组成。 包含一个大型敏感光电二极管和一个小型不敏感光电二极管，小型不敏感光电二极管可以在整个框架中组合以减轻 LED 闪烁。
优点在于闪烁抑制效果好摄像机 红外滤镜，计算复杂度低；
缺点是像素架构更大、更复杂、读出和电路时序更复杂、大光电二极管和小光电二极管之间的光谱灵敏度不匹配。
车载领域-阵列相机
阵列摄像机是一种新兴的摄像机技术，是指以LED红外阵列为核心的高效、持久的红外夜视设备。 这可能是一种可行的LED检测解决方案。
用于LED检测的低灵敏度相机可以实现图像融合的组合输出，可以实现单独输出，也可以同时输出。
主要优点是亮度高、体积小、寿命长、效率高、光线均匀。
目前，阵列相机仍面临诸多挑战。 首先，汽车光学对准误差难以维持在温度范围内； 第二，图像融合面向应用，计算复杂； 最后，高感光度图像和低感光度图像之间难以融合。
汽车领域-机器视觉传感器技术趋势
全局快门。 CMOS传感器有两种快门方式：卷帘快门和全局快门。 卷帘快门通过对每列像素（数量可能达到数千）使用 A/D 来加快读出速度。
任何一台转换器数字化的像素总数都会显着减少，从而缩短读取时间并提高帧速率。 但整个传感器阵列仍必须转换为单行，这会导致每行读出之间存在较小的时间延迟。
与机械焦平面快门一样，卷帘快门会对高速运动的物体产生明显的变形。 并且由于其扫描速度比机械焦平面快门慢，所以变形会更加明显； 全局快门极大地改善了应用于高度移动物体时的变形问题。
改进的近红外 (NIR) 响应、高灵敏度滤色器阵列 (RCCB)、数据加密处理、更高的帧速率、集成传感和处理、3D 成像。
安防领域-当前监控摄像头类型
安防领域-红外摄像技术
红外热像仪技术分为被动式和主动式两种。
被动：拍摄对象发射红外光，相机接收红外光进行成像。 这类设备价格昂贵，且不能很好地反映周围环境，因此在夜视系统中基本不使用。
主动型：配备红外灯，主动向外发射红外辐射，让红外摄像机接收反射的红外光，增强夜视能力。 目前红外摄像机基本都配备LED红外发光二极管。
主动红外摄像机包括摄像头、防护罩、红外灯、电源和冷却装置。 它被恰当地命名为红外增强相机。
当感光元件的光谱足够宽时，它可以感应从红外到可见光的连续光谱，形成包括红外的感光性。 在普通可见光强度下，宽范围感光元件增加了红外频段，在弱光条件下也能获得清晰的图像。
安防领域-红外成像
红外摄影的目的是成像。 随着电子和化学技术的进步，红外热像仪技术逐渐向三个方向发展。
近红外膜：感应范围为波长700nm至900nm。 在成像乳剂中添加特殊染料，利用光化学反应，将此波域内的光变化转化为化学变化，从而形成图像。
近红外电子感光材料：感应范围为波长700nm至。 含硅化合物晶体的光电反应用于形成电子信号，该信号被进一步处理以产生图像。
中远红外线传感材料：传感范围为波长3,000nm至14,000nm。 它需要使用冷却技术和特殊的光学传感器来处理和形成电子图像。
安防领域-索尼科技
比较传感器灵敏度的最客观标准是像素内的光子到电子的转换效率。 该标准仅涉及像素尺寸和量子效率，不需要传感器的其他参数。
图像传感器灵敏度达到*/μm2以上，是HAD CCD II图像传感器灵敏度的两倍，高于FI CMOS图像传感器。
安防领域-索尼科技
普通CMOS像素包括片上透镜、滤光片、金属布线层、光电二极管、基板和其他组件。
前照式像素技术允许光线首先进入金属布线层。 背照式像素技术让光线首先进入光电二极管，绝不妨碍光线被金属布线层阻挡，提高了光的利用效率，在弱光环境下形成高质量的画面。
三星 – 汽车图像传感器
更高的安全性和更好的感光性。 出色的感光度和高分辨率可以展现精致的细节。 借助三星汽车图像传感器，无论白天还是夜晚，驾驶都更加安全。 得益于先进的像素技术，它可以在黑暗和低光环境中提供卓越的灵敏度，从而提供高分辨率以实现精确的物体识别。
为自动驾驶汽车提供更好的检测。 更好的宽动态范围 (WDR)摄像机 红外滤镜，可实现更准确的物体识别。 三星汽车图像传感器具有超过 120db 的宽动态范围，即使在高对比度环境中也能实现物体检测。 其高性能宽动态范围 (WDR) 功能可提供准确的信息，帮助驾驶员预防事故。
无论温度如何变化，品质均优异。 即使在高温条件下也能提供出色的清晰度。 三星汽车图像传感器满足各种严格的行业标准，可承受 −40° 至 105°C 的极端温度条件，满足汽车电子委员会的 AEC-Q100 2 级标准的要求。 即使在极端环境下也能提供高质量图像。
三星 – 汽车图像传感器
三星在汽车图像传感器领域开发了三个产品编号，即，。
豪威科技-车载摄像头
车载摄像头现在基本是中高端车型的标配，主要用于倒车影像系统。 未来，随着高级驾驶辅助系统（ADAS）的需求，智能汽车是否需要实现自动紧急制动（AEB）、自适应巡航（ACC）、疲劳监测、车道偏离辅助、360度环绕等功能看来，他们需要在车上配置6-8个摄像头。
ADAS视觉系统利用摄像头采集图像信息，并利用算法分析图像中的道路环境。 因此，摄像头及其CMOS图像传感器是ADAS的核心部件。
高动态范围 (HDR) 与先进的图像信号处理 (ISP) 相结合，提供出色的场景再现并防止运动伪影。 无论光照条件如何，都能呈现清晰完整的场景。
™ 采用背照式，可在最苛刻的弱光条件下提供最佳灵敏度。
-GS采用全局快门技术，对近红外光具有高灵敏度，实现高性价比的驾驶员状态监控。
汽车芯片级封装 (a-CSP) 技术可实现紧凑耐用的摄像头模块。
豪威科技-车载摄像头
避障和路标识别等机器视觉应用需要准确的场景再现。 无论照明条件如何，传感器技术都必须提供全面的场景内容。 的 LFM + HDR 解决方案和低光功能可以解决这些关键问题。
驾驶员状态监测应用，包括驾驶员分心或疲劳驾驶监测，通常使用全局快门传感器，该传感器对近红外光高度敏感且尺寸较小，可以嵌入到车身设计中以满足设计需求。
用于显示器的成像系统，例如后视和环视系统以及电子视图系统，需要极高的图像质量。 通过具有出色低光性能的 BSI 技术和 HDR 技术以及配套的 ASIC，豪威科技可以提供高性价比的显示系统。
360度环绕立体声视频使用安装在车辆两侧的摄像头，并由中央处理单元控制，呈现自上而下的图像。 依靠其在图像传感器和 ISP 方面的专业知识来捕获和处理高质量图像，以实现更自然的场景再现。
自动驾驶和半自动驾驶车辆采用多种传感技术，包括高分辨率摄像头、雷达、激光雷达和 V2V 通信。 豪威科技通过其一流的像素技术创造了新的技术前沿。
豪威科技 - 机器人、无人机、VR/AR相机
虚拟现实 (VR)、增强现实 (AR) 和无人机领域是受教育、娱乐和游戏行业推动的 CMOS 图像传感器的新兴市场。
HTC Vive、Rift、PS VR等产品推动了消费类VR设备的普及； Vuzix Blade、Epson等AR设备的相继推出，预示着AR设备市场将进入消费级应用阶段。
此类新兴领域将成为CMOS图像传感器未来发展的重点和增长点。
