手機消費紅利消退，手機廠商沖高端卯足了勁，從鏡頭到芯片、螢幕、電池都提升了個遍，各方面效能差不多走到頭了， 手機廠終於還是卷回了鏡頭，手機網絡攝影機越來越凸 ，而這距離最近一代劃時代產品iPhone 4的釋出已過去13年。
從兩位像素卷到千萬像素，單鏡頭的像素到底了，於是單個手機的鏡頭越來越多，從雙攝到多攝 （三攝、四攝） ，誕生了越來越多令人眼花繚亂的名詞：單反級像素，廣角、超廣角鏡頭，可變光圈，3倍光學變焦，潛望式長焦，一英寸大底等等。
廠商們還紛紛走向與哈蘇、萊卡、蔡司、索尼等影像品牌的聯名合作。
多數消費者願意為相機功能買單，於是， 把手機做成相機 ，在手機創新日益同質化的今天，變成廠商們的無奈之舉。
與之相反的是，最近被淘汰的CCD，一種搭載CCD影像傳感器的卡片相機，竟然死灰復燃，一股喜舊厭新的CCD懷舊風潮襲來， 「電子垃圾」CCD成為年輕人和時尚潮人新寵。
手機CMOS的老祖宗，CCD，改變了我們觀察、記錄世界的方式，發明者卻在40年後的2009年遲遲獲得諾貝爾物理學獎。可以說，沒有CCD的漸進式發展，就不會有CMOS。後起之秀CMOS，承接了CCD的交接棒，奔向了更遠的未來。
閱讀本文，你將了解：
1、CMOS的前世今生
2、不起眼的傳感器，如何爆發出千億市場
01
數位相機的「底」
從CCD到CMOS
影像傳感器CCD和CMOS，你能分清它們嗎？
這是早期CCD影像傳感器記錄下的投影：「S」。1969年， 貝爾實驗室發明 了電荷耦合元件 （Charge-coupled Device，簡稱 CCD） ，能將光學影像轉換為電子訊號，自此奠定了數位相機的根基。
這是1972年CCD所記錄的「S」，這年，索尼工程師成功用64像素的CCD完成了字母「S」的投影；來源：網絡
早期的CCD效能不高，只能捕捉亮度資訊，因此只能記錄黑白影像。
「八叛逆」們離開貝爾實驗室來到美國矽谷，在英特爾全球第一顆八位處理器8008釋出不久，1973年， 全球第一個商用電荷耦合器件，即CCD ，由仙童半導體 （Fairchild） 推出。
1975年，「菲林大王」柯達用上Fairchild 201100型CCD發明了第一台數位相機，這台相機130萬像素、不用菲林，CCD捕捉影像，但無法儲存影像，於是用隨機存取器 （RAM） 捕獲影像數據，然後將數據傳送至盒式磁帶中。
來源：網絡
柯達，成為了CCD最早的玩家，只可惜，用菲林大賺特賺的柯達，在發現數位相機不用菲林後，立即決定停止研發，拒絕創新，一手好牌被打沒了。
索尼搭上了數位相機快車 ，1973年CCD立項，1978年制造出支持11萬像素的芯片。1981年推出的馬維卡 （MAVICA） 相機，成為全球第一台向市場釋出的數位相機，1985年，第一台CCD便攜式攝影機M8由索尼釋出。
這股技術革新風潮迅速席卷日本， 日企紛紛搶灘登陸全球數位相機市場。 到21世紀，索尼、富士、柯達、飛利浦、松下和夏普6家廠商可以批次生產CCD相關產品。
上世紀90年代後期，CCD除了用於消費級數位相機，也廣泛套用於專業電子照相、空間探測、X射線成像及其他科研領域。
CCD技術發展成熟了， 缺點也逐漸暴露出來： 工藝復雜，無法與標準工藝相容，制造成本高，體積較大，功耗較高。 CMOS影像傳感器（簡稱CIS）應運而生，成為繼CCD之後最大的贏家。
CCD和CMOS這兩種影像傳感器，本質上對應TTL和CMOS這兩種不同的工藝。
CCD （電荷耦合元件） 為MOS結構（金氧半導體） ，上有許多排列整齊的電容（MOS 電容器） ，將光子轉換為電子來捕獲影像。而CMOS（互補金氧半導體） 為MOSFET（金氧半導體場效應晶體管） 結構。
CCD傳感器為 被動式采集 ，需外加電壓讓每個像素中的電荷移動，而CMOS傳感器為 主動式采集 ，感光二極管所產生的電荷，直接由晶體管放大輸出。
CCD輸出模擬訊號供後續處理，CMOS傳感器可直接輸出處理後的數據；來源：COVENTOR
這兩種不同的采集方式，讓 二者在功耗上差異最為明顯 。除此之外，在畫質、處理速度等方面也有不同，具體如下圖：
實際上，CMOS技術為低功耗集成電路打下了最為堅實的基礎，這也是目前世界上最主流的芯片技術路線。隨著機器視覺系統從傳統板級式向小型智能系統的發展，CMOS工藝可以做到跟隨著摩爾定律發展，芯片整合度越來越高，功耗也越來越低。
早年還沒有用CMOS工藝制造影像傳感器，直到80年代末，英國愛丁堡大學成功試制出了 世界第一塊單片CMOS型影像傳感器件 ，1997年英國愛丁堡VLSIVersion公司首次實作了CMOS影像傳感器的商品化。
2000年，索尼成功開發出了其第一款CMOS影像傳感器 （IMX001） ，當然，那時CMOS傳感器畫質和噪音的缺點還很顯著，沒法一下子撼動CCD的「江湖地位」。
02
不起眼的傳感器，
漲出千億市場
不過，隨著CMOS技術進步成熟，成本不斷降低，數位相機售價真正開始走向平民，而CCD的發展步入「瓶頸期」。2010年後，CMOS傳感器已成為主流技術，說不上完全取代CCD，但已經在很大程度上取代了CCD，CCD傳感器只保留在了專業級的中畫幅高端器材中。
在CMOS成為主流拍照技術的背後，一種野獸般的力量正在湧動。1999-2000年，和數位相機幾乎同一時期誕生的手機，兩者狹路相逢。
伴隨著手機從功能機到智能電話的演進，手機搭載拍照功能，不斷升級網絡攝影機像素，提升拍照體驗，數位相機市場遭到蠶食。
2008年， 諾基亞 推出了經典之作 N96，配備一枚500萬像素的網絡攝影機，正是在這一年，諾基亞在全球賣出了 4.6 億部手機，這個成績別說相機廠商，許多後來的手機廠商也難以望其項背， 一度讓諾基亞成為世界上最大的「相機制造商」。
2010 年，這年對手機和數位相機來說，是一個重要轉折點。這一年， iPhone 4 釋出了，後置 500 萬像素的網絡攝影機，透過軟件操作界面和最佳化演算法， 讓手機拍照的使用者體驗和成像質素上了一個台階。 安卓手機廠商開始跳出像素之爭，在鏡頭、處理器、最佳化演算法等方面發力。
要知道，2003 年-2010 年的數位相機幾乎每年都在正向增長，怎想2010年出貨量達到1.21億台的頂峰之後，出貨量持續走低，馬上被智能電話趕超，並被遠遠甩在後面。
智能電話這條陡然上升的需求線條，成為傳感器廠商眼中的香餑餑。
CMOS影像傳感器，讓「芯片相機」越來越成為可能。CMOS傳感器的「低生產成本」、「低技術門檻」以及「低功耗」這三個優點逐漸變得無可替代。
單片整合這個顛覆性的功能，得以讓芯片大規模批次生產，極大降低了生產成本，而手機、電腦等數碼鏡頭做得更小、功耗更低、成像更快、價格更便宜，如今小小一枚手機影像傳感器也能做到上億像素了，消費電子產品得以迅速普及。
2011年，一份來自大量專業攝影師和攝影發燒友的數據引起了不少人的關註，數據顯示，釋出僅一年、像素僅有500萬的iPhone 4，超越釋出3年、像素有1200萬的尼康D90，成為 Flickr 上最受歡迎的拍照器材。
iPhone 4 的超越意味著手機攝影逐漸被專業攝影師群體所接受。 此時，數位相機的銷售額已經在過去的5年中降低了29%，而傳統攝影機的銷售額也降低了21%。
手機鏡頭傳感器從幾十萬像素的CCD前進演化至現在的2億像素CMOS，成像效果獲得了質的飛躍，相應市場規模也急速成長。 盡管到2020年左右，手機消費需求增長乏力，但手機網絡攝影機領域的體量依然很龐大，並且還有增長的勢頭。
中低端手機網絡攝影機數量迅速增加，新機不斷更新到四個網絡攝影機，數量達到一定程度後開始比拼效能，低端機型也不斷進入高像素領域，曾經的高端配置已經不是高端機型的專屬了，而是下放到了中低端機。
根據市場調查機構Counterpoint Research，2022年下半年，每部智能電話的平均網絡攝影機數量為3.9個，2023年上半年有所下降，為3.8個。放在所有手機上，依然是個不小的數碼。
集邦咨詢表示，預計智能電話市場經過一年的去庫存後將在2024年迎來復蘇，預計明年智能電話網絡攝影機模組市場也有望恢復成長，出貨量將同比增長3%至約41.71億顆。
回過頭看CCD與CMOS市場，兩者的池子差距越來越大。
數據顯示，2022 年全球 CCD 影像傳感器市場規模為 17.4 億 美元，預計到 2031 年將達到26.8 億美元，在 2023-2031 年的預測期內以 4.9% 的復合年增長率增長。2020 年全球 CMOS 影像傳感器市場價值 207.25億 美元，預計到 2028 年將達到 396.24億 美元，在預測期內以 8.6% 的復合年增長率增長。另據mordor intelligence，CMOS影像傳感器市場規模2023年為213.3億美元，預計到2028年達到300.8億美元。
CMOS影像傳感器的市場份額，已經遠遠高於CCD並獲得了前所未有的高速增長。
來源：growth market reports
來源：growth market reports
除了市場份額最大的消費電子領域，CMOS影像傳感器的套用範圍還包括汽車、航空航天、醫療器材、軍事器材。目前，CIS市場由索尼半導體、意法半導體、三星電子、豪威公司、安森美等企業占領，其中TOP3廠商索尼、三星、OV （豪威） 銷量合計占比超7成。
CCD，除了占比最大的消費類電子套用，在安防和監控、醫療、汽車與運輸等也有套用。工業視覺對影像清晰度和抗雜訊的要求越來越高，對CCD的需求仍在增長。自動駕駛以及CMOS的發展，又在制約著CCD市場的增長。
目前CCD和CMOS的主要套用場景仍在消費類電子，而 手機的興起與普及，把CMOS的市場價值發揮到淋漓盡致 ，CCD則退居幕後，在高端成像方面繼續發揮作用。
03
結語
CCD作為影像傳感器中較小一部份市場，無論是復古回潮的卡片機，還是「身價」不菲的高端相機，已經很難再有新的消費級產品出現。CMOS翻身成為主流，手機在寸土寸金的空間中卷攝影，不僅把攝影價格打了下來，降低了拍照的門檻，也在推動CMOS技術的進步，無論是數位相機本身，還是汽車、機器人、無人機、AR/VR都在從中受益，CMOS的好日子，未來還長著呢。
