電子發燒友網報道（文/吳子鵬）在當前的移動CMOS圖像傳感器領域，高端市場上演著索尼和三星的“二人轉”，根據研究機構關于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備。

據報道，三星高級技術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構集成到直接位于CMOS圖像傳感器頂部的帶通濾波器陣列中，開發出了一種緊湊型超光譜（meta-spectral）圖像傳感器。

這種創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，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，可以獲得近似連續的地物光譜信息，能估計出多種被探測物的狀態參量，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，不僅僅是傳統所謂的黑、白或者R、G、B的區別，而是在光譜維度上也有N個通道。它將成像技術與光譜技術相結合，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、窄波段的圖像數據。

在高光譜成像實現的過程中，有一項重要的技術是光柵分光原理。一個點對應一個譜段，一條線就對應一個譜面，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據采集。為了讓光照向不同的探測器，傳統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，實現同時采集空間及光譜信息。

而三星的創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構而不是通過改變層的厚度來調諧的，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備場景，包括生物傳感、食品檢測和移動醫療等。

目前，在一些科研級的無人機上，我們已經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+科研級高光譜數據的組合方案，能夠配合無人機完成野外作業，比如區域地理覆蓋。

在醫療領域，高光譜成像更是有著光明的前景，可用于疾病診斷、藥物開發和細胞檢測等領域，對于醫療從業者而言，高光譜成像就是一個三維的數據庫，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域時，能夠提供準確、全面、實時的信息，以幫助從業者做出更加準確的醫療判斷。

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CMOS圖像傳感器的基礎上，進一步發揮高光譜成像的優勢，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域研發的一份可觀的回報。