電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/吳子鵬）在當前的移動CMOS圖像傳感器領(lǐng)域，高端市場上演著索尼和三星的“二人轉(zhuǎn)”，根據(jù)研究機構(gòu)關(guān)于2021年Q1的CMOS圖像傳感器市場報告，三星和索尼并列市場第一，市場份額均為35%。

圖源：Canalys

三星能夠在移動CMOS圖像傳感器市場逐步吞噬索尼的份額，其中一個重要的原因是三星勇于創(chuàng)新。在智能手機市場，2019年三星推出1億像素的CMOS圖像傳感器，這是小米最終選擇三星的關(guān)鍵因素，而索尼則因為華為智能手機出貨量大幅下滑，而導致自己的產(chǎn)品出貨也備受影響。

近來，三星在CMOS圖像傳感器上面再一次傳來重要突破，不過這一次并非面向智能手機市場，而是適用于其他移動設(shè)備。

據(jù)報道，三星高級技術(shù)研究所光子器件實驗室的Jaesoong Lee及其同事通過將被稱為超表面的亞波長納米結(jié)構(gòu)集成到直接位于CMOS圖像傳感器頂部的帶通濾波器陣列中，開發(fā)出了一種緊湊型超光譜（meta-spectral）圖像傳感器。

這種創(chuàng)新的圖像傳感器第一個顯著好處就是具有高光譜成像技術(shù)，能夠獲取到高光譜圖像。相較于全色和多光譜成像，高光譜成像擁有更好的探測和識別能力，可以獲得近似連續(xù)的地物光譜信息，能估計出多種被探測物的狀態(tài)參量，大大的提高了成像高定量分析的精度和可靠性。

所謂高光譜圖像就是在光譜維度上進行了細致的分割，不僅僅是傳統(tǒng)所謂的黑、白或者R、G、B的區(qū)別，而是在光譜維度上也有N個通道。它將成像技術(shù)與光譜技術(shù)相結(jié)合，探測目標的二維幾何空間及一維光譜信息，獲取高光譜分辨率的連續(xù)、窄波段的圖像數(shù)據(jù)。

在高光譜成像實現(xiàn)的過程中，有一項重要的技術(shù)是光柵分光原理。一個點對應(yīng)一個譜段，一條線就對應(yīng)一個譜面，因此探測器每次成像是空間一條線上的光譜信息，為了獲得空間二維圖像再通過機械推掃，完成整個平面的圖像和光譜數(shù)據(jù)采集。為了讓光照向不同的探測器，傳統(tǒng)高光譜成像會選擇棱鏡分光，在棱鏡的出射面鍍了不同波段的濾光膜，使得不同方向的探測器可以采集到不同光譜信息，實現(xiàn)同時采集空間及光譜信息。

而三星的創(chuàng)新方法是將超表面帶通濾波器陣列直接集成在CMOS圖像傳感器上，由于窄帶通濾波是通過亞波長光柵結(jié)構(gòu)而不是通過改變層的厚度來調(diào)諧的，因此所有信道都可以通過一步光刻工藝制造。這種方案簡化了制造，并且與CMOS工藝完全兼容。

圖源：三星

這樣做的好處是顯而易見的，不僅制造簡單，而且與CMOS圖像傳感器兼容的特性能夠讓這種新方案適用于廣泛的移動設(shè)備場景，包括生物傳感、食品檢測和移動醫(yī)療等。

目前，在一些科研級的無人機上，我們已經(jīng)看到有無人機搭載高光譜成像相機，這些方案往往是輕型化+科研級高光譜數(shù)據(jù)的組合方案，能夠配合無人機完成野外作業(yè)，比如區(qū)域地理覆蓋。

在醫(yī)療領(lǐng)域，高光譜成像更是有著光明的前景，可用于疾病診斷、藥物開發(fā)和細胞檢測等領(lǐng)域，對于醫(yī)療從業(yè)者而言，高光譜成像就是一個三維的數(shù)據(jù)庫，既包含了大量了光譜信息，也包含了大量的圖像信息，當用于臨床檢測和藥物研究等領(lǐng)域時，能夠提供準確、全面、實時的信息，以幫助從業(yè)者做出更加準確的醫(yī)療判斷。

因此，對于三星而言，通過將超表面帶通濾波器陣列直接集成在CMOS圖像傳感器上，三星可以在傳統(tǒng)CMOS圖像傳感器的基礎(chǔ)上，進一步發(fā)揮高光譜成像的優(yōu)勢，成為其CMOS圖像傳感器新的增長點，這無疑是對三星致力于該領(lǐng)域研發(fā)的一份可觀的回報。