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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以及其他組件的結構和規(guī)格，CMOS芯片和CCD芯片是當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，當前已經在圖像傳感器市場占據絕對的主導地位。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，并通過復雜的信號處理和圖像處理技術輸出數字化的圖像信息。CMOS芯片是一個高度集成的圖像系統(tǒng)芯片。當外界光線照射到CMOS芯片上的時候，傳感器擁有的感光單元陣列會發(fā)生光電效應，光電效應使得陣列上的每個感光單元產生對應外界色彩和亮度的電荷信號，之后信號會被模擬-數字轉換電路轉換成數字圖像信號，從而還原出現(xiàn)實的影像。

  CMOS芯片有前照式結構 (FSI) 及背照式結構(BSI)。前照式結構 (FSI) ，前照式結構為CMOS芯片的傳統(tǒng)結構，即自上而下的五層結構，分別是透鏡層、濾色片層、線路層、感光元件層和基板層。當光從正面入射，采用FSI結構的CMOS芯片需要光線經過線路層的開口，方可到達感光元件層然后進行光電轉換。前照式結構的主要優(yōu)點是其工藝條件相對較易實現(xiàn)、制造成本相對較低，但若要實現(xiàn)優(yōu)良的性能則需要較高的設計能力。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)嚴重，極大限制傳感器的整體性能。

  背照式結構(BSI)，采用背照式結構的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。采用背照式結構，光線可以從背面入射直接到達感光元件層，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，但設計和工藝難度均較大且成本較高。在背照式結構的基礎上，還可以進一步改良，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，又被稱為堆棧式結構(Stacked)。此外，感光元件周圍的邏輯電路也相應移至底層，可有效抑制電路噪聲從而獲取更優(yōu)質的感光效果。堆棧式結構的制作工藝更加復雜，會導致成本進一步提升，且對晶圓代工廠有極高的技術水平要求。

  全球CMOS芯片出貨量快速增長。智能手機多攝技術的發(fā)展，安防監(jiān)控的普及，機器視覺的發(fā)展以及汽車自動駕駛對車載攝像頭的增多，對CMOS芯片需求旺盛。根據Frost&Sullivan數據，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，期間年復合增長率達到16.9%。預計2021年至2025年，全球CMOS芯片的出貨量將繼續(xù)保持8.5%的年復合增長率，2025年預計可達116.4億顆。

  汽車智能化推動車載CMOS芯片市場

  車載攝像頭是自動駕駛中必不可少的傳感器。自動駕駛系統(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、毫米波雷達、超聲波雷達等視覺傳感器，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，是自動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用，CMOS芯片已經大規(guī)模應用于行車記錄儀、前向ADAS及倒車影像、360°環(huán)視影像、防碰撞系統(tǒng)。隨著汽車向電動化和智能化方向發(fā)展，更多的新車將標配ADAS(高級自動駕駛輔助系統(tǒng))。各大汽車廠商預計也將會為了保持自家車輛產品的競爭力，導入更多攝像頭來獲取視頻影像信息用以構建包括駕駛員監(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800萬像素高清攝像頭，3個前視，4個環(huán)視攝像頭，車頂兩個前向側視攝像頭，1個后視攝像頭，以及1個車內DMS攝像頭。

  高級別自動駕駛推動攝像頭量價齊升。自動駕駛可分為L0~L5六個級別，目前主流自動駕駛級別在L2~L3階段之間，L2主要功能涵蓋倒車監(jiān)控、全景泊車輔助、盲點檢測、自適應巡航、前方碰撞預警、智能車速控制、車道偏離告警、行人檢測系統(tǒng)、交通信號及標志牌識別，一般搭載3~13顆攝像頭。L4、L5級別自動駕駛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動中捕捉清晰物體影像，因此ADAS攝像頭普遍規(guī)格更高、單價更高。此外伴隨自動駕駛算力提升，將需要更高分辨率的車載攝像頭產品。