CMOS圖像傳感器(CIS)是將光子轉換為電子進(jìn)行數字處理，把圖像信號轉換為數字信號的芯片，主要用于在數碼相機、數碼閉路電視攝像機和數碼攝像機中的創(chuàng )建圖像，是數碼攝像頭的關(guān)鍵部件。由于攝像頭的功能包括拍照、攝像、圖像識別、身份驗證等，數碼產(chǎn)品對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)組件構成：微透鏡、彩色濾光片(CF)、光電二極管(PD)、像素設計。
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(chǎng)、封測廠(chǎng)，中游主要CMOS圖像傳感器設計企業(yè)，下游包括各種模組廠(chǎng)商和系統廠(chǎng)商以及終端廠(chǎng)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)規模分析
近年來(lái)，全球CMOS圖像傳感器行業(yè)市場(chǎng)規模整體呈現穩定增長(cháng)的態(tài)勢。根據數據顯示，全球CMOS圖像傳感器銷(xiāo)售額從2017年的139.05億美元增長(cháng)至2021年的213.28億美元，期間年均復合增長(cháng)率為11.29%，預計2027年銷(xiāo)售額將增長(cháng)至314.41億美元，2022-2027年均復合增長(cháng)率為6.12%。
目前，隨著(zhù)手機攝像頭數量上升，CMOS圖像傳感器在手機攝像頭領(lǐng)域應用量越來(lái)越大，2021年市場(chǎng)份額占比達75.9%。不過(guò)，隨著(zhù)電動(dòng)車(chē)滲透率上升及智能駕駛的發(fā)展，CMOS圖像傳感器將在車(chē)用攝像頭領(lǐng)域使用量越來(lái)越多。
2、中國CMOS圖像傳感器行業(yè)市場(chǎng)規模分析
我國CMOS圖像傳感器行業(yè)處于高速發(fā)展階段。根據數據顯示，2021年我國CMOS圖像傳感器行業(yè)銷(xiāo)售額為295.4億元，同比增長(cháng)19%，增速明顯快于全球，預計2023年市場(chǎng)規模將達到433.2億元。
而我國CMOS圖像傳感器行業(yè)下游應用領(lǐng)域主要包括智能手機、計算機、安防監控、汽車(chē)電子、消費、工業(yè)(含機器視覺(jué))、國防與航空航天(含科學(xué)儀器)和醫療等領(lǐng)域。其中，CMOS圖像傳感器在智能手機行業(yè)應用占比最高，達62%。
三、下游應用市場(chǎng)分析
具體從應用市場(chǎng)現狀來(lái)看，CMOS圖像傳感器下游應用領(lǐng)域廣泛，不同的應用領(lǐng)域對于CMOS圖像傳感器的需求有所不同。
CMOS圖像傳感器行業(yè)下游主要性能參數指標
主要性能參數
基本介紹
光學(xué)尺寸
光學(xué)尺寸是指CMOS圖像傳感器感光區域對角線(xiàn)的長(cháng)度，光學(xué)尺寸越大，相同大小晶圓產(chǎn)出的芯片數量越少，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合晶圓代工廠(chǎng)的工藝、產(chǎn)品性能、應用方向、快門(mén)類(lèi)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數量越多，捕捉的圖像細節越豐富。
快門(mén)類(lèi)型
按照快門(mén)類(lèi)型，CMOS圖像傳感器可以劃分為全局快門(mén)和卷簾快門(mén)。全局快門(mén)是高速移動(dòng)場(chǎng)景下的最佳快門(mén)方式，但因像素內集成存儲單元需要相對復雜的電路結構，降低了像素內有效感光面積，因此全局快門(mén)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(mén)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(kāi)始曝光、逐行截止曝光并讀出的工作方式。卷簾快門(mén)像素內無(wú)需存儲單元，因此像素結構相對簡(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(mǎn)阱。但是卷簾快門(mén)在被拍攝對象移動(dòng)速度較快時(shí)，易出現圖像模糊、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量。高速運動(dòng)的物體需要使用高幀頻的CMOS圖像傳感器來(lái)捕捉運動(dòng)過(guò)程。隨著(zhù)幀頻的升高，曝光時(shí)間變短，對于像素的靈敏度要求也越高。
滿(mǎn)阱
滿(mǎn)阱是指像素所能收集并容納的電子個(gè)數的極限。滿(mǎn)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化效率的重要指標，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(zhù)每2個(gè)照射到感光區域的光子可轉化成1個(gè)電子。
暗噪聲
暗噪聲又稱(chēng)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圖像傳感器對同一場(chǎng)景下不同光照條件的采集能力的一個(gè)參數，它表明了CMOS圖像傳感器對強光和弱光同時(shí)分辨的能力，一般來(lái)說(shuō)動(dòng)態(tài)范圍越大，圖像所能呈現的層次越豐富。
1、智能手機領(lǐng)域
根據數據，作為CMOS圖像傳感器最大的應用領(lǐng)域，2021年智能手機領(lǐng)域CMOS圖像傳感器全球銷(xiāo)售額為134.41億美元，2017-2021年均復合增長(cháng)率為9.47%。受下游手機市場(chǎng)低迷的影響，智能手機領(lǐng)域CMOS圖像傳感器需求增速有所放緩，預計2027年銷(xiāo)售額為195.24億美元，2022-2027年均復合增長(cháng)率為5.46%。
2、安防監控領(lǐng)域
近年來(lái)，安防監控在全球范圍內的應用整體呈現高速發(fā)展的態(tài)勢。根據數據顯示，2021年全球安防監控領(lǐng)域CMOS圖像傳感器銷(xiāo)售額為19.65億美元，2017-2021年均復合增長(cháng)率為16.16%。未來(lái)，隨著(zhù)安防監控行業(yè)整體市場(chǎng)不斷擴大，預計2027年市場(chǎng)銷(xiāo)售額將達到36.33億美元，2022-2027年均復合增長(cháng)率為9.42%。
3、汽車(chē)電子領(lǐng)域
近年來(lái)，CMOS圖像傳感器已經(jīng)被大規模應用在智能車(chē)載行車(chē)記錄、前視及倒車(chē)影像、360°環(huán)視影像、防碰撞系統等。根據數據顯示，2021年全球汽車(chē)電子領(lǐng)域CMOS圖像傳感器銷(xiāo)售額為17.12億美元，2017-2021年均復合增長(cháng)率為15.16%。隨著(zhù)汽車(chē)智能輔助駕駛的發(fā)展，車(chē)載CMOS圖像傳感器需求將會(huì )大幅增長(cháng)，預計2027年銷(xiāo)售額將達到32.44億美元，2022-2027年均復合增長(cháng)率為10.29%。
三、發(fā)展趨勢
1、進(jìn)一步加大對像素研發(fā)的投入
根據觀(guān)研報告網(wǎng)發(fā)布的《中國CMOS圖像傳感器行業(yè)發(fā)展趨勢研究與未來(lái)前景分析報告(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，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(mǎn)足多樣化市場(chǎng)需求，生產(chǎn)廠(chǎng)商將逐步加大對像素研發(fā)的投入，持續推出多樣化、高性能的CMOS圖像傳感器，從而使自身產(chǎn)品具備較強的市場(chǎng)競爭力。
2、堆棧式芯片架構將得到更廣泛應用
堆棧式架構的出現使得CMOS圖像傳感器的像素和電路可以進(jìn)行獨立設計和優(yōu)化，例如電路設計可使用更先進(jìn)的工藝制程，從而提升電路性能;像素設計可以使用普通工藝制程，有效控制成本，同時(shí)堆棧式架構的像素填充系數可以達到100%，從而提升量子效率和靈敏度。目前，堆棧式芯片架構已廣泛應用于高端消費類(lèi)產(chǎn)品，未來(lái)采用堆棧式架構的CMOS圖像傳感器將逐步更廣泛應用。
