在芯謀研究日前發(fā)表的2018上半年中國集成電路設(shè)計(jì)產(chǎn)業(yè)研究報(bào)告中，憑借CMOS圖像傳感器業(yè)務(wù)大紅大紫的供應(yīng)商豪威科技(OmniVision)，取代了比特大陸，一躍成為中國第二大芯片設(shè)計(jì)公司。
豪威科技曾是納斯達(dá)克的上市企業(yè)。2016年，中國財(cái)團(tuán)耗資19億美元，將其私有化，并成立了北京豪威科技全資子公司。公司主要是從事設(shè)計(jì)、開發(fā)和銷售高性能、高集成度和高成本效益的半導(dǎo)體圖像傳感器設(shè)備。最近，國內(nèi)的上市公司韋爾科技正在對其發(fā)起一個(gè)收購，這主要看中的是他們在圖像傳感器方面的影響力。
最近兩年，由于車載應(yīng)用、機(jī)器視覺、人臉識(shí)別與安防監(jiān)控的快速發(fā)展，以及越來越強(qiáng)大的手機(jī)拍照功能，全球CMOS圖像傳感器銷售額屢創(chuàng)新高。以安防領(lǐng)域?yàn)槔?017年全球安防領(lǐng)域CMOS出貨量達(dá)到1.84億，年復(fù)合增長率達(dá)到11.95%。
重新定義近紅外行業(yè)新標(biāo)準(zhǔn)
對高分辨率、超低光線條件下的圖像質(zhì)量、以及近紅外性能的不懈追求，正成為當(dāng)前安防市場的三大趨勢。一方面，分辨率正從主流的1080P逐步向4K2K發(fā)展，人臉識(shí)別、物體識(shí)別等智能視頻需求開始興起，H.265編碼技術(shù)逐漸得到普及;另一方面，包括超低光彩色、超低光不開補(bǔ)光燈、SNR1<0.2Lux在內(nèi)的超低光線條件下的圖像質(zhì)量要求不斷提升，使得近紅外應(yīng)用在安防、人臉識(shí)別、生物特征識(shí)別、駕駛員監(jiān)控、AR/VR等行業(yè)成為廣泛需求，具體要求包括降低紅外燈的功耗、提高監(jiān)測物體距離、SNR1940 <35nW/cm2等。
因此，在提升近紅外靈敏度成為市場熱點(diǎn)的同時(shí)，如何降低近紅外燈功耗，延長電池壽命;延長探測距離，保持功耗不變;以及消除850nm紅曝現(xiàn)象，又成為技術(shù)的難點(diǎn)。例如，就目前而言，850nm光照度是室外監(jiān)控?cái)z像頭的理想之選，但850nm產(chǎn)生的紅曝現(xiàn)象明顯，容易暴露攝像機(jī)的位置，對視覺產(chǎn)生傷害，靈敏度也不及940nm。而940nm則因?yàn)榻t外光不會(huì)被人眼察覺，適合夜晚室內(nèi)黑暗環(huán)境，正成為傳統(tǒng)圖像傳感器產(chǎn)品未來升級(jí)的方向。
夜鷹Nyxel技術(shù)是豪威科技為突破紅外靈敏度所推出的一把利器。據(jù)豪威科技市場部副總裁陳家旺介紹，首先，通過增加硅基層厚度，在吸收更多光子的同時(shí)大幅增加光電轉(zhuǎn)換效率;其次，為避免光子在傳播過程中形成串?dāng)_，研發(fā)人員將像素置于像素間具有屏障的溝槽中;最后，增加一層曲面薄膜，使得光子在被吸收后能夠以不同角度行駛更長的距離，增加光電轉(zhuǎn)換效率，從而形成更明亮的圖像。
實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，相比傳統(tǒng)近紅外傳感器，使用夜鷹Nyxel技術(shù)的產(chǎn)品在850nm波長處的量子效率(QE)從原來20%提到60%，增加3倍;940nm波長處的QE從8%提到40%，增加5倍。靈敏度的提升，意味著豪威圖像傳感器能夠在相同的近紅外光量下成像更清晰，可以檢測到更遠(yuǎn)的成像區(qū)域，意味著減少了對LED補(bǔ)光燈的需求，從而降低了總體功耗和成本。
此前，CMOS圖像傳感器方面行業(yè)一直采用可見光亮度標(biāo)準(zhǔn)，即單位面積光通量(Lux)來度量，然而隨著近紅外光成為主流，如何衡量相關(guān)產(chǎn)品的性能行業(yè)卻并無參考指數(shù)。對此，豪威科技提出了一種新的指標(biāo)NIR SNR1對其進(jìn)行量化，該指標(biāo)融合了QE、像素尺寸和讀取噪聲等因素，在850nm和940nm兩個(gè)不可見光波長領(lǐng)域定義了新的標(biāo)準(zhǔn)，即采用單位面積輻射通量(nW/cm2)來度量。
按照這個(gè)指標(biāo)，在30nW/cm2左右的參數(shù)范圍將被視為優(yōu)秀的產(chǎn)品，這使得在紅外產(chǎn)品有了參考指標(biāo)，客戶可以用這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)測量相關(guān)產(chǎn)品以區(qū)分性能。未來，940nm紅外光還將會(huì)向更加穩(wěn)定高效的940nm VCSEL紅外光源前進(jìn)。
按照上述指標(biāo)，豪威科技最新推出的安防專用圖像傳感器芯片OS02C10的SNR1850nm值為23nw/cm2，SNR1940nm值為31nw/cm2，意味著在同樣環(huán)境和同樣圖像探測范圍內(nèi)，采用該傳感器設(shè)計(jì)的安防監(jiān)控?cái)z像頭可在完全黑暗的條件下正常工作，且近紅外照明功耗比其它競爭產(chǎn)品要低2倍至4倍。
OS02C10采用超低噪聲設(shè)計(jì)，SNR1照度達(dá)到0.16 lux的同時(shí)，可生成高清1080p圖像。OmniVision的專利雙重轉(zhuǎn)換增益技術(shù)使該款傳感器實(shí)現(xiàn)了行業(yè)最佳超低光成像性能，而三次曝光交錯(cuò)式寬動(dòng)態(tài)可將運(yùn)動(dòng)偽像減小到最低，并將高動(dòng)態(tài)范圍達(dá)到120dB。此外，在安防系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為更高質(zhì)量顯示器情況下，這些技術(shù)可輕松將其分辨率提高至2K至4K。
安防圖像傳感器全面進(jìn)入“背照式”時(shí)代
除OS02C10外，OmniVision還在本屆安博會(huì)上推出兩款基于OmniBSI像素技術(shù)的最新2微米圖像傳感器系列產(chǎn)品 OS02F10和OS04B10。這兩款傳感器采用業(yè)內(nèi)最具性價(jià)比的背面照度(Back Side Illumination)解決方案，并專為入門級(jí)物聯(lián)網(wǎng)、工業(yè)、商業(yè)及住宅領(lǐng)域的安防監(jiān)控?cái)z像頭提供高清晰圖像質(zhì)量。
陳家旺告訴記者，以前，入門級(jí)物聯(lián)網(wǎng)的安防監(jiān)控?cái)z像頭只采用前照式圖像傳感器，沒有充分發(fā)揮這些攝像頭的性能。而在采用最新的OS02F10和OS04B10圖像傳感器后，即使是住宅用安防監(jiān)控?cái)z像頭也不用再擔(dān)心因?yàn)橄胍獙?shí)現(xiàn)信價(jià)比而犧牲性能。這一切均得益于緊湊型的 OmniBSI 像素架構(gòu)成功減少了像素串?dāng)_問題，圖像質(zhì)量也因此更出色。
OS02F10和OS04B10圖像傳感器均具有出色低光靈敏度，傳感器的9度主光線角度(CRA)能夠讓安裝有廣角鏡頭的薄模塊實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)、無聲的監(jiān)視效果。
其中，OS02F10為200萬像素(MP)傳感器，支持1080p(1920 x 1080)分辨率的視頻，幀率為30幀/秒，功耗小于 120mW。該超緊湊型傳感器采用獨(dú)特的1/4英寸光學(xué)格式及4.9 x 3.0毫米芯片級(jí)封裝(CSP)，其高量子效率(QE)減少了對IR照明的要求，可實(shí)現(xiàn)低功耗，攝像頭電池的使用壽命更長。
而OS04B10應(yīng)用于需監(jiān)控范圍更廣的區(qū)域。具有360萬像素分辨率，支持2K(2560 x 1440)分辨率的視頻流，幀率為每秒30幀，功耗低于140mW。該款傳感器的特點(diǎn)為其獨(dú)特的1/3 英寸光學(xué)格式及6.3x3.7毫米芯片級(jí)封裝(CSP)技術(shù)。