‧ CMOS在監控攝影機中的採用現況與趨勢

來源:CPS中安網作者:張克非

隨著各式消費性電子的興起，圖像感測器已成為半導體業中最耀眼的明星產品之一，而在圖像感測器中，CCD感測器與新興成長的 CMOS Sensor也逐漸找到自己的應用市場，希望成為市場上的主流技術。

CMOS圖像感測器與CCD感測器相比具有感光度低、信噪比高的缺點，但是其仍具有低功耗、低成本等優點。針對全球Image Sensor (影像感測器) IC元件市場分析，2010年全球Image Sensor 元件應用市場規模為7.1億美元，在經過金融風暴的影響後，仍持續呈現正成長趨勢。TRI預估在2012年Image Sensor市場之規模將近8.5億美元；Image Sensor市場占比尤以CMOS Sensor之比重為高，平均占比約在9成左右。

CMOS和CCD圖像感測器概述
　　針對CMOS Sensor市場規模分析，2010年CMOS Sensor 元件整體市場規模為6.3億美元，占整體Image Sensor市場89%，整體市場趨勢平均維持90%的區間範圍。而在各項消費性電子搭載的滲透率偏高的狀態下，未來成長幅度趨緩進入產業成長成熟期，TRI預估CMOS Sensor在2011年年成長率為13%，未來將追求在技術圖元，及製造成本上的進步。

　　CMOS Sensor為攝影機模組應用市場，最重要的影像感測器應用元件，其中應用占比最高的為通訊電子商品，占整體CMOS Sensor市場的70%，而CMOS Sensor市場的主要應用包括安全系統、車用系統、PC相關周邊應用、數位相機等。iPad帶動的平板電腦市場是CMOS Sensor成長最快的應用市場。

　　監控攝影機的應用市場占圖像感測器市場值1成之間，過去多使用CCD作為影像感測器，近年來CMOS Sensor的性能不斷提升，開始打入長久為CCD Sensor獨佔的市場，主要偏向較低價的監控攝影機。

CCD與CMOS的技術特點
　 CCD與CMOS的技術特點主要在於成像過程、整合集成度、功耗、性能指標等方面。

成像過程
　　CCD和CMOS使用相同的光敏材料，因而受光後產生電子的基本原理相同，但是讀取過程不同：CCD是在同步信號和時鐘信號的配合下以幀或行的方式轉移，整個電路非常複雜，讀出速率慢；CMOS則以類似DRAM的方式讀出信號，電路簡單，讀出速率高。

整合集成度
　　採用特殊製造工藝的CCD讀出電路比較複雜，很難將A/D轉換、信號處理、自動增益控制、精密放大和儲存功能集成到一塊晶片上，一般需要多個晶片組合實現，同時還需要一個多通道非標準供電電壓。借助于大規模集成製造工藝，CMOS圖像感測器能非常容易地把上述功能集成到單一晶片上，多數CMOS圖像感測器同時具有類比和數位輸出信號。

電源、功耗和體積
　　CCD需多種電源供電，功耗較大，體積也比較大。CMOS只需一個單電源(3V～5V)供電，其功耗相當於CCD的1/10，高度集成CMOS晶片可以做的相當小。

性能指標
　　CCD技術已經相當成熟，而CMOS正處於蓬勃發展時期，雖然目前高端CMOS圖像品質暫時不如CCD，但有些指標（如傳輸速率等方面）已超過CCD。由於CMOS具有諸多優點，全世界許多影音產品製造廠商，已經應用CMOS圖像感測器開發出眾多產品。

CMOS感測器關鍵技術取得突破
　　CMOS感測器的技術發展跟隨摩爾定律快速發展，尤其是幾年來在市場需求的推動下，關鍵技術不斷取得突破。對於用戶關注的CMOS的照度和噪點等問題，實際上可見光下CMOS的信噪比遠高於CCD。

　　一方面，隨著國際CMOS大廠的不斷改進，CMOS還繼續在成像的通透性、對實物的色彩還原能力等方面迎頭趕上。研發了感光度增強技術，進而通過使用大尺寸感測器提高開口率，這正是提高CMOS感光能力的最直接辦法。即便是在噪音控制方面，有公司將專門的雜訊檢測演算法，直接整合於CMOS圖像感測器的控制邏輯中。通過這項技術，固定雜訊就可以成功剔除了。更何況CMOS的價格遠低於CCD設備。另一方面，在ISP中採用多種技術革新，如去噪技術來提升CMOS的噪點問題。