《新兴图像传感器技术、应用及市场-2021版》

Emerging Image Sensor Technologies 2021-2031

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据麦姆斯咨询介绍，图像传感器作为一种非常重要的视觉使能技术，广泛应用于从网络摄像头、智能手机到自动驾驶汽车以及工业检测等各个领域。英国知名研究公司IDTechEx在这份最新发布的报告中全面探讨了新兴图像传感器技术、应用及其市场，涵盖了从薄膜柔性光电探测器到基于事件的视觉技术等多种非常值得关注的新兴图像传感器技术。

覆盖各个波段的新兴图像传感器

目前用于可见光的传统CMOS图像传感器已经商品化且很成熟。不过，对于能够捕捉超越红、绿、蓝（RGB）光强度的更复杂图像传感器来说，仍然存在着广泛的市场机遇。因此，业界正积极致力于开发新兴的图像传感器技术，以检测超出人类视觉范围的光，包括更宽的光谱范围、更大的成像区域，以及在每个像素上捕捉光谱数据，同时提高时间分辨率和动态范围。

这些机遇很大部分源于机器视觉的日益普及，其图像分析由计算算法来完成。而机器学习算法需要尽可能多的输入数据来构建有助于目标识别和分类的相关性，因此捕捉不同波长范围或光谱分辨率的信息非常重要。

当然，新兴图像传感器技术还可以提供许多其它优势。根据不同的技术，可以包括更低的成本、提高的动态范围、更高的时间分辨率、空间可变的灵敏度、高分辨率的全局快门、降低散射影响以及柔性/共形性等。一个特别重要的趋势是，为短波红外（SWIR）光谱成像开发更经济实用的传感器，以替代成本昂贵的铟镓砷（InGaAs）探测器，从而赋能SWIR传感更广泛的应用。例如自动驾驶，SWIR成像能够帮助区分可见光成像难以分辨的相似物体/材料，同时降低雨雾、扬尘散射的影响。

本报告研究了以下新兴图像传感器技术：
- 硅基量子点混合图像传感器
- 硅基有机光电探测器混合图像传感器
- 新兴SWIR图像传感技术
- 有机和钙钛矿光电二极管（OPD和PPD）
- 基于事件的视觉技术
- 高光谱成像
- 柔性X射线图像传感器
- 波前成像

按新兴成像技术分类的主要公司及科研机构

混合图像传感器。在CMOS读出电路顶部增加额外的光吸收层，利用有机半导体或量子点来增强传感器在SWIR区域的光谱灵敏度，是一种新兴的混合图像传感器方案。这项新技术有望大幅降低器件成本，从而推动SWIR成像技术拓展到自动驾驶等新应用领域。

扩展光谱范围的硅基成像技术。由于InGaAs探测器的成本非常高，因此业界有很大动力开发能够探测SWIR波段的低成本替代品。这种SWIR传感器可以应用于自动驾驶汽车，通过减少散射，从而在雨雾、扬尘等行车环境中提供更好的视觉性能。

薄膜光电探测器。超越单颗微型探测器，在更大面积上检测光，有望用于捕捉生物特征数据，或通过皮肤成像（若实现柔性探测）。目前，大面积的硅基图像传感器非常昂贵且无法实现柔性探测。因此，采用溶液可处理的有机半导体等新兴技术，或能提供一种生产大面积共形光电探测器的可行方案。印刷有机光电探测器（OPD）是当前发展最快的方案之一，其中，屏下指纹识别应用正在积极探索中。

薄膜光电探测器应用的技术要求

基于事件的视觉技术。自动驾驶、无人机和高速工业应用都需要高时间分辨率的图像传感。然而，对于传统基于帧的成像，高时间分辨率会产生大量需要密集计算处理的数据。基于事件的视觉技术（也称为动态视觉感知DVS），是一种有望解决这一挑战的新兴技术。这是一种捕捉光信息的全新思路，其中，图像传感器每个像素参与报告与强度变化相对应的时间戳。从而为快速变化的运动场景提供更高的时间分辨率，大大降低数据传输以及后续的处理需求。

2021~2031年基于事件的视觉技术市场预测（样刊模糊化）

基于事件的视觉技术厂商分析

高光谱成像。从入射光中获取尽可能多的信息非常有利于目标识别等应用。高光谱成像技术是基于非常多窄波段的影像数据技术，它将成像技术与光谱技术相结合，探测目标的二维几何空间及一维光谱信息，获取高光谱分辨率的连续、窄波段的图像数据。因此，高光谱成像捕捉的是一个数据立方，不仅包含图像信息，并且在光谱维度上进行展开，获得任一谱段的影像信息，现在已经在食品、医疗、航天、精准农业和工业过程检测等领域获得应用。然而，目前大多数高光谱相机都是基于线扫描原理，而SWIR高光谱成像由于InGaAs传感器的高成本而应用有限。新兴技术有望在这两个方面取得突破，快照成像可以替代线扫描，而新兴的SWIR传感技术可以大幅降低成本，从而推动高光谱成像技术的更广泛应用。

高光谱成像波长范围

柔性X射线传感器。X射线传感器已经是一种成熟技术，在医疗和安全领域具有重要的应用价值。不过，与可见光不同的是，由于很难对X射线进行折射和聚焦，意味着传感器需要覆盖较大的面积。此外，由于硅材料不能有效吸收X射线，所以通常需要使用闪烁层。这两个因素都增加了传感器的尺寸和重量，使得X射线探测器体积庞大且笨重。基于非晶硅背板的柔性X射线传感器结合了轻量化和共形（特别适用于成像曲面物体）优势，提供了一种有前景的替代方案。展望未来，基于溶液法可处理半导体的直接X射线传感器有望降低重量和复杂性，同时还有潜力提高空间分辨率。

波前成像。波前成像可以从传统传感器入射光中提取丢失的相位信息。这项技术目前主要用于眼科和光学元件设计/检查等利基应用。近期的研究进展带来了分辨率的显著提高，预计将推动这项技术得到更广泛的应用。在生物成像领域，通过采集相位和强度信息可以降低散射的影响，从而获得更清晰的图像，成为波前成像技术极具前景的新兴应用之一。

按应用细分的QD-on-CMOS探测器技术成熟度

综上所述，计算图像分析应用的日益增长，为能够提供超越传统CMOS图像传感器性能的新兴图像传感技术提供了绝佳机遇。本报告全面概述了新兴图像传感器技术及其市场发展现状，覆盖了从自动驾驶到工业质量控制等众多应用领域。预计未来十年，这些令人兴奋的创新成像技术将获得迅速应用。

2021~2031年新兴图像传感器市场规模预测

本报告包含以下信息：
- 摘要和结论；
- 对新兴图像传感器技术的详细技术分析；
- 按技术和应用细分的10年期市场预测；
- 按技术和应用细分的技术/商业成熟度评估；
- 新兴图像传感器技术开发和应用的商机；
- 新兴图像传感器技术的应用案例研究；
- 新兴图像传感器技术SWOT分析；
- 新兴图像传感器技术重点厂商；
- 超过25家公司的详细介绍，包括对现状、技术、潜在市场和商业模式的探讨，以及公司财务信息（如已披露）和SWOT分析；
- 与新兴图像传感器技术相关的学术研究分析。

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延伸阅读：
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《飞行时间（ToF）传感器技术及应用-2020版》
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