CCD(Charge Coupled Device)和CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)传感器都是在数字影像应用中普遍使用的组件,目前CCD影像传感器可提供最佳的画质,同时可达到最高1020万画素(3872×2592),甚至更高的分辨率,因此使得它成为数字相机与摄影机等应用中较为常见的选择,但相较于CMOS影像传感器,它却有耗用功率较高、发散热能较多以及尺寸较大的缺点,同时在许多情况下,还需要额外支持芯片搭配才能进行运作。
相对地,CMOS影像传感器在尺寸上小了许多,同时耗电也更低,画质上也对CCD的画质做反击,提供由CIF(352×288)到接近500万画素(2592×1944)的分辨率,由于CMOS传感器采用CMOS制程技术生产,因此价格上要比CCD影像传感器来的更低。
全球应用现况
2005年,全球的照相手机从VGA(640×480画素)到130万画素,其中超过95%的相机采用CMOS影像传感器,这个庞大的移动电话市场已让传感器制造商能否持续开发价格更低、但效能更高的CMOS传感器带来极大的压力。在2003年成本约为5美元的VGA级传感器,目前价格已跌至2美元以下,但它们的影像画质以及低照度效能上还是与3年前一样,甚至更佳。
车用市场新兴应用
在车用电子市场上,研究分析预测CMOS传感器将持续成长。在2005年时,汽车在CMOS传感器的使用量约1200万颗,预估到2008年这个数字会突破到4000万颗。届时车用电子市场将会占整体9亿6500万颗的CMOS传感器市场的8~9%;当然这个数字包括了预估将在2008年销售出的6亿只照相手机。
车用电子产业为影像传感器应用,带来了多样化的需求,其中包括:
- 汽车后方盲点的影像显示;
- 控制安全气囊使用的内部乘客分类系统;
- 侦测驾驶人精神状况;
- 自动化巡航控制系统;
- 车道追踪;
- 高亮度灯光调整;
- 其他头灯控制等。
这使得设计人员可合理地推算出,在一辆汽车中可能用到的20个影像传感器,其中包含:
- 6个智能型安全气囊;
- 2~4个前方与后方监测;
- 2~4个侧方监测;
- 车道追踪;
- 2~4个侧方监测;
- 自动巡航控制系统;
驾驶人身分验证等多个传感器。这些车用传感器系统大多数只需最大每秒30个画面的VGA分辨率,而这可透过CMOS技术来达成。不过必须承认的是,车用电子市场也带来了有趣的挑战,例如,一些较严苛的应力、震动、移动、天候、照明与温度(由-40℃到+105℃)等状况。幸运地,CMOS制程都能符合并满足这些挑战的要求。
动态对比与功率
虽然低照度在过去一直是CMOS影像传感器的一个重要问题,但技术的创新,例如强化效能的画素架构、图像处理以及自动化色调对应等功能,都能够解决这些问题,且符合各种照明情况下更清晰、色彩更锐利的影像输出。这些优势,会对未来5年的新车应用产生什么影响呢?CMOS影像传感器快速下滑的成本以及日益提升的效能,将促使全新车用电子主流市场开始起飞。本文所指的主流车种是售价2万至3万5000美元的中阶价位汽车市场,而这也代表了超过50%的汽车销售量。
以每个CMOS镜头15美元来计算,每辆车的成本大约在300美元,与每个同等级CCD镜头预估20美元的成本比较,每辆车得付出400美元的成本,这个数字远比CMOS要贵上33%,而这也正是CMOS影像传感器未来在车用市场的一大优势。