中国工程师最喜欢的10大CMOS图像传感器芯片

据Yole统计，2020年全球CMOS图像传感器（CIS）市场规模为207亿美元，出货量为70.08亿颗。跟其它半导体器件一样，CIS也因为疫情和生产周期长，以及各种市场因素，而导致采购和供应链紧张。Yole预计2021年将趋于平稳，销售额相比2020年略有增长（3.2%），将达到214亿美元，出货量将达到74.53亿颗。这一预测已经将CIS市场的关键因素考虑进去了，包括华为的CIS库存降低、芯片短缺的不确定性，以及疫情后的消费者花费等。

若将CIS出货量按应用市场细分，今年手机市场占比约为78.3%，计算机占12.9%，安防占4.3%，汽车占2.3%，消费电子占1.7%。预计到2026年，CIS整体增长率约为7.5%，其中手机市场低于整体增长，而汽车和安防市场增长都超过10%，消费电子和医疗市场增长最快，超过20%。

从CIS供应商来看，在2020年207亿美元的销售额中，索尼占据40%，其次是三星占22%，第三是豪威占12%，第四是ST占6%，第五格科微占4%，第六安森美占4%，SK海力士占2%，思特威占1%。三家国产CIS厂商的营收占比合计为17%。

虽然索尼仍然是CIS龙头老大，但其市场份额却在降低，华为手机下滑和其它CIS厂商的竞争是主要因素。第二位的三星因为有从设计、制造到终端设备的垂直整合优势，而在手机CIS市场赢得更多份额，其最新CIS传感器也因为与小米手机合作而有显著增长。

台积电是CIS的主要代工厂，在晶圆产能紧张的情况下索尼可以保证足够产能供应，但像安森美等CIS厂商可能无法获得足够的产能。安森美虽然没有出现严重短缺，但应该可以在汽车和物流摄像头市场表现更好。豪威和思特威等中国厂商早就开始分散晶圆代工，反而没有受到太大影响。格科微还开始启动自己的晶圆生产线，以保证供应链的安全。

长期来看，CIS将会跟半导体整体市场保持基本一致的增长。Yole预测，未来5年的增长率约为5.4%，到2026年市场规模将达到284亿美元。今年相对平稳，但2022年将会有9%的增长。虽然手机市场增长不明显，但汽车、安防和工业医疗等市场都有超过10% 的增长。

为了让工程师朋友对全球和中国CMOS图像传感器市场及产品有更为完整的了解，ASPENCORE旗下《电子工程专辑》分析师团队分别从5大国际CIS厂商的产品系列中挑选5款CIS芯片，又从5家国产CIS厂商产品系列中挑选5款有代表性的CIS芯片。欢迎大家通过微信投票评选出“中国工程师最喜欢的10大CMOS图像传感器芯片”。

Top 5国际CMOS图像传感器

• 索尼智能视觉传感器IMX 500/501

IMX 500/501是索尼发布的两款具备AI处理功能的智能视觉传感器，可在实现高速边缘AI处理的同时只提取必要数据，从而减少使用云端服务时的数据传输延迟，保证隐私安全，并降低功耗和通信成本。IMX 500是裸片，而501是封装产品，这种图像传感器拓宽了AI摄像头的研发空间，可广泛应用于零售和工业设备行业，并有助于构建与云端连接的优化系统。

该芯片采用背照式进光，有效像素约为1230万，可以捕捉广阔视角的图像信息。除了传统的图像传感器操作电路外，其逻辑芯片还配备了索尼的DSP（数字信号处理器），专门用于AI信号处理，并可存储AI模型。这种配置无需高性能处理器或外部存储，使其成为边缘AI系统的理想选择。

IMX 500/501性能参数列表如下：

该芯片采集的信号通过ISP（图像信号处理器）进行处理，并在逻辑芯片的处理层进行AI运算，将提取的信息作为元数据输出，可以减少需要处理的数据量。同时，不输出图像信息有助于降低安全风险和保证隐私安全。除了传统图像传感器捕捉的图像外，用户还可以根据自己的需要和用途选择数据输出格式，包括ISP格式输出图像（YUV/RGB）和ROI（感兴趣区域）特定区域提取图像。

当使用传统的图像传感器录制视频时，需要发送每一帧的视频数据进行AI处理，导致数据传输量大，难以实时呈现结果。这种传感器产品在逻辑芯片上进行ISP处理和高速AI运行（MobileNet V1*1 3.1毫秒处理），在一个视频帧内完成整个过程。这种设计可以在录制视频的同时保证高精度、实时的目标追踪。

• 三星GN2

三星ISOCELL GN2 CMOS传感器拥有5000万像素，单个像素面积为1.4μm，大小为1.12英寸。它支持智能 ISO Pro、Dual Pixel Pro（双像素增强）以及像素四合一（Tetracell）多项技术。如果用户需要1亿高像素输出，GN2还能通过智能算法，输出红色、绿色、蓝色像素三张不同的单帧图像，然后把它们合成为一张1亿像素照片。此外，GN2还支持Staggered HDR、8K视频、4K120P视频多项特性。

GN2传感器面积达到了1/1.12英寸，已经很接近1英寸大小，比索尼IMX 700（1/1.28英寸）还要大。它可支持像素四合一组成2.8um超大像素，从而吸收更多光线，拍摄出更明亮、更清晰的照片。

在对焦方面，ISOCELL GN2是三星首款支持Dual Pixel Pro(双像素增强)技术的传感器，每个像素可以分为左右两半，使用相位差自动对焦。双像素增强技术还可以跟四合一像素技术相结合，GN2也是首款同时支持2个技术的传感器，无论任何场景下都可以快速对焦。

• SK海力士A4C传感器

SK海力士研发的A4C（All 4-Coupled）图像传感器在读取色彩信息的同时，可利用每个像素的视差，提高图像质量和自动对焦。A4C可以实现快速准确的对焦检测、高分辨率图像，适合多种应用场景。

A4C传感器的自动对焦功能基于这样一种机制：如果来自物体的不同光线汇聚至一个焦点，则物体处于对焦状态；如果来自物体的不同光线未能汇聚至一个点，则物体处于失焦状态。与现有的PDAF技术相比，A4C传感器能够计算每个像素的视差。换言之，A4C传感器具有很高的精度，在低于10 勒克斯（lux）的弱光环境下也可以确保10倍以上精度。与利用双眼视差的PDAF技术不同，A4C传感器利用的是微透镜下方位于上下左右四角的四个像素的视差。因此，A4C传感器拥有非常出色的对焦检测性能，能够准确检测水平或垂直方向的物体。

A4C传感器的输出图像能以每个微透镜下四个像素为一组的方式提高感光度，或通过将各个像素独立输出的方法来提高图像分辨率（例如，A4C可以输出5000万像素分辨率的图像或1250万像素微透镜分辨率的图像）。如果传感器将每个微透镜下四个像素作为一组生成输出图像，图像分辨率会降至单独使用每个像素时的图像分辨率的四分之一。但是，四个像素一组的方法可以将感光度提高四倍。因此，在夜间、弱光环境等光线不足的情况下，微透镜分辨率（Micro lens resolution）传感器的优势更为明显。

除了精准对焦检测和捕捉高分辨率图像外，A4C传感器的优势还包括它可以应用于一系列光场成像场景。光场成像是一种再现物体射线分布的技术，可以计算场景中的光线强度和光线源头的精确方向，并将这些信息用于背景虚化（Bokeh）、再对焦（Refocus）和多视角（Multi-view）等计算机视觉应用。

• 安森美AR0231AT

AR0231AT 是一款 1/2.7 英寸 CMOS 数字图像传感器，带有1928Hx1208V有效像素阵列。它具有LED 闪烁抑制 (LFM)功能，可消除交通标志和车辆 LED 照明中的高频 LED 闪烁，让交通标志读取算法能够在所有照明条件下运行。AR0231AT 使用最新的3.0微米背面照明 (BSI) 像素和安森美的DR-Pix技术，可提供双重转换增益，提高所有照明条件下的性能。它在线性、HDR 或 LFM 模式下捕捉图像，可提供模式之间的帧到帧上下文切换。AR0231AT 还包含了支持 ASIL B 的功能。

其功能特性如下：

• 高动态范围：在1928×1208和30 fps时具有4曝光HDR，或在1928×1208和40 fps时3曝光HDR；
• 数据接口：4−lane MIPI CSI−2, Parallel, 或4−lane High Speed Pixel Interface (HiSPi) Serial Interface (SLVS and HiVCM)；
• 具有灵活曝光比控制功能的高级HDR
• 可以选择自动或用户控制黑色控制
• 帧到帧切换，支持多功能系统
• 支持扩散频谱输入时钟
• 支持多相机同步
• 多CFA选项

AR0231AT适用于汽车和ADAS应用，比如1080p30视频终端、高动态范围成像仪，以及ADAS + Viewing Fusion等。

• ST VG5761

这种车规级全局快门传感器分辨率为2.3Mp，3.2μm像素，采用IM2BGA封装，具有HDR和超低噪声功能，在近红外（NIR）场景中可以最小化交叉干扰。VG5761传感器适合高性能计算机视觉应用。

其功能特性如下：

• 获得AEC-Q100二级汽车认证；
• 高动态范围（高达98dB线性）和高密度电荷存储；
• 3.2 µm 像素 GS-HDR、单色、可见光和红外光谱
• 光学格式：75 fps 下1.6 MP (1464 x1104) ，1/3”光学格式和微镜头；60fps 下2.3 MP (1944 x1204) ，1/2.5 英寸光学格式带微镜头；
• 即使在近红外（完美的像素封装）下仍具有非常高的MTF；
• 带数字 CDS 的低噪声11位ADC；
• 从 RAW8 到 RAW16 分辨率的线性或压缩输出；
• 输出接口：Mipi CSI-2 (4 x 0.8 Gbps)、并行12位(100 MHz)、相机控制接口（CCI）；
• 支持机器视觉应用；
• 像素内 HDR 和背景底色模式，具有灵活的频闪照明控制；
• 多达 4 个 LED 控制输出，与传感器集成周期同步；
• 4 帧上下文可编程序列；
• 主/从外部帧启动控制；
• 嵌入式 16 位视频处理管道，具有像素缺陷校正、高动态范围 (HDR) 合并与重影消除以及动态可编程压缩；
• 镜像/翻转/裁剪；
• 支持 2 和 4 二次采样；
• 支持按 2 和按 4 分箱；
• 集成双温度传感器；
• 工作结温为 -40 °C 至 125 °C；
• 采用符合汽车标准的 IM2BGA 塑料封装；
• 用于可见光和红外应用的大光谱镜片，带有双增透膜；
• 支持ASIL B，例如CPU 冗余、嵌入式完全自检、内存和寄存器 ECC、安全管理器和电压监控；
• 单色微透镜（针对 20 °C 和 0 °C 优化的最大 CRA）

Top 5国产CMOS图像传感器

• 豪威OV60A

作为全球首款0.61微米像素高分辨率CMOS图像传感器，OV60A提供6000万像素分辨率，像素尺寸仅为0.61微米，在同类产品中是最小的。OV60A采用1/2.8英寸光学格式，长宽比配置为4:3或16:9。OV60A上的四合一彩色滤光片阵列使用近像素合并功能以四倍的灵敏度输出高达1500万像素的图像，为预览和原生4K视频提供相当于1.22微米的等效性能，并具有电子图像稳定（EIS）所需的额外像素。这款传感器还支持用于“常开”感测的低功耗模式，与手机的人工智能功能配合使用时，可以节省宝贵的电池寿命。

性能参数如下：

• 自动黑电平矫正（ABLC）
• 可编程控制用于帧率、镜像和反转、分箱、裁剪和视窗
• 支持动态DPC
• 输出格式支持：正常模式10位RGB RAW、ULP模式8位RGB RAW
• 支持水平和垂直二次采样
• 支持环境光感应（ALS）模式
• 支持超低功耗（ULP）模式
• 多达4路MIPI D-PHY TX接口，速度高达3.0 Gbps/路
• 2/3三重C-PHY接口，速度高达3.0 Gbps/trio
• 标准串行SCCB接口
• HDR支持：交错HDR 2/3曝光时间

为了提高分辨率，同时降低像素尺寸和光学格式，OV60A采用豪威科技的PureCel®Plus-S晶片堆叠技术。与上一代0.7微米像素相比，新的0.61微米像素面积减少了24％，但是量子效率（QE）更高，串扰和角响应更好。OV60A能够以60帧/秒的速度输出具有EIS分辨率的1500万像素或4K/2K视频，并支持交错式HDR定时，以实现高动态范围视频。“常开”的低功率模式包括用于唤醒的环境光感测模式以及低功率流模式。这款传感器还支持双I/O电压轨（1.8V和1.2V）以及CPHY接口。

OV60A适用于智能手机、PC多媒体和视频会议等。

• 思特威SC132GS

SC132GS采用思特威SmartGS技术，具有130万BSI像素以及 2.7μm*2.7μm的光学尺寸，它拥有120fps高帧率，支持多种接口（MIPI/LVDS），采用COB/Fan-out封装形式，感光度可达7000mV/Lux·s。

性能特性如下：

• 出色的快门效率（>99.99%）
• 支持单帧HDR
• 近红外环境下拥有超高感度(QE@940nm>40%)
• 120fps 高帧率
• 基于BSI Stacked工艺的全局快门技术

SC132GS搭载了单帧HDR技术，并结合改进的PRNU性能和拐点偏差校准功能，确保图像传感器在复杂的应用（运动）与光照场景下对于图像信息的精准捕捉，并在同类已有产品中拥有最高的QE性能数据。通过多种领先的技术优势结合，SC132GS在缩小像素尺寸和降低功耗的同时大幅优化了快门效率及感光度，减少漏光和噪声，并解决了包括“果冻效应”在内的诸多机器视觉成像问题。

SC132GS可为智能终端及时提供无形变、无伪影的高清可识别影像，为系统进行精确判断提供坚实的基础，目前在已应用于消费级人脸识别、无人机避障识别、智能翻译笔以及扫地机器人等智能终端。

• 格科微GC2053

格科微安防和车载高清感光芯片GC2053是一颗感光区为1/2.9英寸的全高清规格CMOS图像传感器，单个像素达到2.8*2.8微米，可通过DVP或MIPI接口实现30帧每秒的稳定输出。

其实安防和车载等领域的摄像头应用与手机端有很大的区别。很多监控摄像头会安装在室外的环境，汽车也会长期遭受烈日暴晒。因此，图像传感器的工作温度经常会超过60℃，甚至更高。此外，监控和汽车运行的场景很多时候都发生在夜晚，那就对图像传感器在暗态下的性能表现也提出了很高的要求。如何去控制或解决在以上应用环境中产生的噪声、黑点、感光以及稳定性方面的问题，改善传感器成像质量，提升消费者使用体验，成为一款安防或车载产品能否成功的关键点。

从2018年开始，格科微对非手机领域产品的战略投入持续加大，配备独立的研发团队，应用其先进的像素工艺和电路设计工艺成功开发了一系列高性能产品。在高温场景下，格科微产品通过降低Si界面缺陷, 抑制热电子的捕获与释放, 从而达到降低暗电流与热噪的效果（暗电流降低15%, 热噪降低10%）。在低照环境下，GC2053产品采用暗信号读出增强技术，可以保证光生电子的全部读出, 从而降低黑点与暗信号非均匀度（DSNU）。实测表明，DSNU 降低了20%。

• 长光辰芯GMAX32152

长春长光辰芯光电技术有限公司最新推出的GMAX32152是一款1.52亿像素分辨率、全局快门CMOS芯片。GMAX32152是该公司GMAX系列像素分辨率最高的一款产品，也是目前市场上已知的分辨率最高的全局快门CMOS芯片。

GMAX32152采用先进的3.2µm电荷域全局快门像素设计，分辨率为16556 (H) x 9200 (V)，感光面积为53mm x 29.4mm，可满足航空测绘等大视场的应用。同时，其1.8:1的长宽比更适合手机、电视等屏幕检测的应用。

GMAX32152与长光辰芯已经发布的GMAX32103（103 MP）采用相同的像素平台，其满阱容量可以达到9.3ke-，噪声水平为4e-，使得其动态范围可达67.3dB。该芯片采用38对sub-LVDS进行数据输出，单通道速率为960 MHz，总数据率高达36.48Gbps ，采用12bit ADC，最高帧频达16帧/秒，同时支持通道合并功能可灵活适配在多种工业相机接口。

GMAX32152采用183针µPGA陶瓷封装，外形尺寸为68.2mm x 52mm，其封装背部留有较大空白空间，以方便相机进行散热设计。

• 锐芯微BG0808

锐芯微BG0808 是一款1/2.7英寸、2M BSI超低照度图像传感器，有效像素为1928H x 1088V。它采用3uBSI像素，拥有极佳的感光灵敏度和信噪比，同时还支持2帧Stagger HDR曝光方式。它可实现高动态范围，最高支持60fps高帧率，同时支持单帧和多帧的曝光触发；MIPI/DVP图像输出接口经过特别的优化，芯片面积和功耗大大提升了费效比；高温度工作范围，完美适应苛刻的工作环境。

其功能特性如下：

• 3um*3um 高灵敏度BSI pixel
• 单帧和多帧的触发曝光操作
• 支持最多2-lane MIPI接口
• 自动黑电平矫正
• 最高60fps@full frame
• ADC量化精度最高12bits

BG0808适用于高端监控、行车记录仪和网络摄像机等。

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• 索尼智能视觉传感器IMX 500/501
• 三星GN2
• SK海力士A4C传感器
• 安森美AR0231AT
• ST VG5761
• 豪威OV60A
• 思特威SC132GS
• 格科微GC2053
• 长光辰芯GMAX32152
• 锐芯微BG0808

责编：Steve