【中國安防展覽網(wǎng) 企業(yè)關(guān)注】在視頻監(jiān)控攝像機領(lǐng)域里，圖像傳感器是決定圖像分辨率的關(guān)鍵因素之一。在IP監(jiān)控領(lǐng)域，CMOS比CCD具備更好的圖像性能、更低的成本、更高的集成度、更低的功耗和更快的速度，因而在網(wǎng)絡(luò)攝像機中的應(yīng)用不斷增加，CMOS圖像傳感器將在高清監(jiān)控中大面積普及。那么，你知道智能圖像傳感器？
智能傳感器應(yīng)用展開 產(chǎn)業(yè)觸角深入新興領(lǐng)域
智能圖像傳感器由圖像傳感器和視覺軟件組成，能夠捕捉和分析視覺信息，代替人眼做各種測量和判斷的設(shè)備，其應(yīng)用組件-攝像頭目前已廣泛應(yīng)用于各類消費電子如：手機、電腦、可穿戴設(shè)備，未來隨著ADAS系統(tǒng)的廣泛普及和無人車的推出，車感攝像頭領(lǐng)域?qū)瓉硪惠啽l(fā)。相比攝像頭，激光雷達(dá)的3D成像更加是無人車視覺系統(tǒng)的，將會成為資本市場追捧的熱點。
智能圖像傳感器應(yīng)用廣泛，車感攝像頭和激光雷達(dá)蓄勢待發(fā)
我們認(rèn)為車用、無人機、AR/VR用智能圖像傳感器將會成為未來5年的新增需求增長點，并預(yù)測車用攝像頭的市場規(guī)?？捎?016年58億美元增長至2020年214.5億美元，年均復(fù)合增速為38.6%；保守估計車用激光雷達(dá)可由2016年6億美元增長至2025年80億美元，年均復(fù)合增速33%；無人機用攝像頭可由2016年1200萬美元增長至2020年1億美元，年均復(fù)合增速為35.4%。由于激光雷達(dá)成本過高，目前各種成像技術(shù)多以攝像頭運用為主，但未來隨激光雷達(dá)成本的降低，其在各個領(lǐng)域?qū)z像頭的替代作用也將凸顯。
MEMS傳感器是智能傳感器的未來，重點關(guān)注固態(tài)激光雷達(dá)
具有微米量級特征的MEMS傳感器正逐步取代傳統(tǒng)機械傳感器的主導(dǎo)地位。初步估算MEMS(微機處理系統(tǒng))智能傳感器將會從2015年的115億美元增長至2021年的200億美元。攝像頭技術(shù)應(yīng)用比較成熟，3D成像、虹膜識別、手勢識別是技術(shù)發(fā)展的主要趨勢。激光雷達(dá)成本高昂，尚未實現(xiàn)商業(yè)量產(chǎn)，未來，為降低成本而取消其機械旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)的集成方式將會成為未來技術(shù)的突破口，應(yīng)當(dāng)重點關(guān)注能夠?qū)崿F(xiàn)固態(tài)激光雷達(dá)掃描的MEMS微振鏡技術(shù)和光相控陣列技術(shù)。
溢價收購+高額融資，資本市場熱衷激光雷達(dá)和無人駕駛
Mobile eye2014年在美上市，IPO當(dāng)日募資8.9億美元，后被英特爾收購，溢價達(dá)34.4%，以色列Luminar種子輪融資達(dá)3600萬美元，以色列Oryx A輪融資1700萬美元，美國Quanergy B輪融資9億美元，中國禾賽科技A輪融資1.1億元，無人駕駛和激光雷達(dá)，備受資本市場的追捧。
投資邏輯，未來市場可關(guān)注
硅基材料仍然是市場主流的智能圖像傳感器材料，但Luminar激光雷達(dá)所用的InGaAs材料具有更高的敏感性，或未來實現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，或?qū)杌牧嫌幸欢ǖ奶娲浴?br />
人工智能領(lǐng)域，專業(yè)化、集成化將會成為未來傳感器模組的發(fā)展趨勢，實現(xiàn)專業(yè)化的核心在于算法與功能的匹配，不同類型的傳感器的集成，可使之功能互補，揚長避短。目前先進(jìn)的算法被國外壟斷，集成模式將會成為未來3-5年內(nèi)中國智能圖像傳感器市場發(fā)展的主要趨勢。
手機、PC行業(yè)的發(fā)展已相當(dāng)成熟， AR、VR是市場熱點。隨各國對汽車ADAS系統(tǒng)的重視與推廣，車用智能圖像傳感器將會是行業(yè)的新增長點。另外，無人機、車聯(lián)網(wǎng)、智慧城市，也將會是行業(yè)未來的風(fēng)口。
后，從算法來看，嵌入式技術(shù)有更強的針對性，在解決本地問題具備優(yōu)越性。人工智能領(lǐng)域的深度學(xué)習(xí)將成為業(yè)內(nèi)主流算法，而大數(shù)據(jù)結(jié)合端對端的高速傳輸將會推進(jìn)深度學(xué)習(xí)算法的實際應(yīng)用。
我們認(rèn)為車用、無人機、AR/VR用智能圖像傳感器將會成為未來5年的新增需求點，預(yù)計2020年攝像頭市場規(guī)模達(dá)223億美元，2016-2020年均復(fù)合增速為37%；2025年車用激光雷達(dá)市場規(guī)?？蛇_(dá)80億美元，2016-2025年均復(fù)合增速33%，且隨激光雷達(dá)成本不斷降低，其對攝像頭的替代作用也將凸顯。
一、 智能圖像傳感器簡介
智能圖像傳感器是能夠捕捉和分析視覺信息，代替人眼做各種測量和判斷的設(shè)備，由圖像傳感器和視覺軟件組成，前者用于捕捉圖像，后者用于分析“看到”的內(nèi)容。典型的圖像傳感器可以分為：圖像采集、圖像處理和運動控制三個部分。它綜合了光學(xué)、機械、電子、計算機軟硬件等方面的技術(shù)，涉及到計算機、圖像處理、模式識別、人工智能、信號處理、光機電一體化等多個領(lǐng)域。
根據(jù)感光器件的不同，圖像傳感器可以分為CCD和CMOS兩種。兩者都執(zhí)行相同的步驟：光電轉(zhuǎn)換——電荷累積——輸出——轉(zhuǎn)換——放大。
CCD成像儀主要由兩部分構(gòu)成：濾色器和像素陣列，微透鏡將光線漏光到每個像素的光敏部分上，當(dāng)光子通過濾色器陣列時，像素傳感器開始捕獲通過的光的強度，然后對光信號進(jìn)行組合，統(tǒng)一輸送到外部線路進(jìn)行A/D處理。與CCD相比，CMOS是具有像素傳感器陣列的集成電路，其每個像素傳感器都有自己的光感傳感器、信號放大器和像素選擇開關(guān)。
智能傳感器的實現(xiàn)結(jié)構(gòu)主要有三種：非集成化實現(xiàn)、混合形式、集成化實現(xiàn)。按照智能化的程度，分別對應(yīng)：初級、中級和形式。MEMS傳感器是指采用微機械加工和半導(dǎo)體工藝制造而成的新型傳感器。與傳統(tǒng)的機械傳感器相比，MEMS傳感器具有體積小、重量輕、成本低、功耗低、可靠性高、適于批量化生產(chǎn)、易于集成和實現(xiàn)智能化等特點。從集成化的角度來說，MEMS傳感器是智能傳感器的未來。
目前常見的智能圖像傳感器組件便是攝像頭，已普遍應(yīng)用于手機和可穿戴設(shè)備等消費電子，目前手機、平板電腦市場趨于飽和，未來無人駕駛、車聯(lián)網(wǎng)、AR、VR、無人機等新興智能領(lǐng)域?qū)蔀橹悄軋D像傳感器的新增需求點。在這些領(lǐng)域的主流傳感器組件分別是：攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)。其中激光雷達(dá)在探測距離、探測度、天氣適應(yīng)性和夜視功能方面具有極大的優(yōu)勢，將會成為未來成像設(shè)備的主流。
激光雷達(dá)的成像原理可簡單概括為：激光雷達(dá)的發(fā)射模塊發(fā)射出一束具有一定功率的激光束或者是光脈沖，然后經(jīng)散射鏡將光線散射出去，打到待探測目標(biāo)面上；反射回來的信號由激光雷達(dá)的接收模塊接收，經(jīng)過內(nèi)部的信號處理，結(jié)合強度像和距離像的融合，經(jīng)顯示設(shè)備輸出待測目標(biāo)的三維圖像。
與相機圖像不同，激光雷達(dá)可通過測量光線的飛行時間，測量物體距離。除此之外，相機的數(shù)據(jù)源單一，不可靠，雖具有完全360°的覆蓋范圍，但很容易被迎面而來的光線、黃昏或陰影中看不到東西所遮擋，無法區(qū)分遠(yuǎn)處的重要場景。以車用傳感器為例，分別對比攝像頭、毫米波雷達(dá)、激光雷達(dá)，三者之間的區(qū)別如下圖所示：
二、智能圖像傳感器主要應(yīng)用領(lǐng)域及市場空間
20世紀(jì)90年代末期，隨著CMOS圖像傳感器工藝和設(shè)計技術(shù)的進(jìn)步，市場份額不斷擴大，近年來市場占有率已經(jīng)超過90%，取代CCD成為主流。2016年CMOS的市場規(guī)模為103億美元，三大巨頭索尼(Sony)、三星(Samsung)和豪威(Omnivision)分別占比市場份額35%、19%和8%，合計占比62%，市場格局相對比較集中。
從區(qū)域市場的分布來看，根據(jù)Globle image sensor的預(yù)測，2012-2018年圖像傳感器市場規(guī)模同比增長率為4.35%，到2018年，市場規(guī)?？蛇_(dá)106.6億美元，增長主要集中在亞洲，中國將會成為大的受益國。2012年北美、亞洲和歐洲和其他區(qū)域的市場份額分別為35%、34%、22%和9%，而到了2018年四大區(qū)域的市場份額分別為：27%、40%、18%和15%。
從下游應(yīng)用領(lǐng)域分布來看，當(dāng)前CMOS圖像傳感器主要應(yīng)用于智能手機和平板電腦，占比下游應(yīng)用70%左右。隨著嵌入式數(shù)字成像技術(shù)迅速擴展，未來用于智能手機和平板電腦的CMOS的比例將會逐漸降低，汽車系統(tǒng)將成為CMOS圖像傳感器增長快的應(yīng)用，到2020年汽車行業(yè)傳感器市場規(guī)?？稍鲩L至22億美元，約占市場總額152億美元的14%。2015年-2020年，汽車用CMOS銷售額復(fù)合年增長率可達(dá)55%。
在汽車行業(yè)之外，未來2015-2020年間，安全監(jiān)控領(lǐng)域可保持36%的年均復(fù)合增速，增長至9.12億美元；醫(yī)療/科學(xué)應(yīng)用領(lǐng)域可保持34%的年均復(fù)合增速，增長至8.67億美元；玩具/電子游戲可保持32%的年均復(fù)合增速，增長至2.74億美元；工業(yè)系統(tǒng)可保持18%的年均復(fù)合增速，增長至8.97億美元。
從應(yīng)用形式來看，CMOS傳感器的主要應(yīng)用為攝像頭模組(CCD)， 2014年CCD市場規(guī)模為201億美元，其中封裝、AF(自動對焦系統(tǒng))& OIS(圖像穩(wěn)定系統(tǒng))供應(yīng)商規(guī)模合計占比市場份額的72%，分別為72億美元和72.5億美元。根據(jù)Yole Développement預(yù)計，2020年CCD市場規(guī)?？稍鲩L至510億美元，6年間的年均復(fù)合增速為16.8%，其中封裝領(lǐng)域市場規(guī)模達(dá)225億美元，年均復(fù)合增速20%；AF & OIS市場規(guī)模達(dá)155億美元，年均復(fù)合增速13%。
目前手機、電腦用攝像頭是攝像頭模組下游應(yīng)用的廣泛領(lǐng)域之一，未來隨著無人駕駛技術(shù)的逐步推進(jìn)，融合了圖像傳感器的車載攝像頭以及激光雷達(dá)，作為ADAS的解決方案將會面臨新一輪的增長，除了車感攝像頭之外，無人機和機器人領(lǐng)域、以及增強現(xiàn)實(AR)和虛擬現(xiàn)實(VR)領(lǐng)域都將是智能圖像傳感器的新的市場增長點。
1. 汽車領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r
相比手機攝像頭，汽車攝像頭的進(jìn)入壁壘更高，單價也是手機攝像頭的八倍左右(車載攝像頭價格在 32 美元(約合人民幣 197 元)左右，夜視用車感攝像頭更是高達(dá)上千美元。2016年ADAS的市場規(guī)模為105億美元，根據(jù) Strategy Analysis 預(yù)測，到2020 年ADAS 市場規(guī)?？蛇_(dá)300億美元，復(fù)合增長率可達(dá)24%。
隨著ADAS市場的爆發(fā)，車用攝像頭迎來了增長的風(fēng)口，作為ADAS全景系統(tǒng)的重要組成部分，市場上主流的ADAS解決方案中，一輛車至少安裝7個攝像頭，按照安裝的位置，分別分為：前視、后視、側(cè)視以及車內(nèi)監(jiān)控四大部分。目前來看歐美國家的ADAS的市場滲透率較高，在8%左右，而中國的滲透率較低，為3%左右。且歐美各國近期都紛紛出臺強制安裝ADAS系統(tǒng)的政策，未來ADAS系統(tǒng)的滲透率將會逐步提高，相關(guān)機構(gòu)預(yù)測到2020年新車ADAS系統(tǒng)的滲透率可達(dá)20%。
2005年-2015年，汽車產(chǎn)量由6593.4萬輛增長至8967.8萬輛，年均復(fù)合增速3%，預(yù)計未來仍以該速度增長，至2020年汽車產(chǎn)量可達(dá)1.04億輛，由此預(yù)估車用攝像頭的市場規(guī)模到2020年可達(dá)214.5億美元，年均復(fù)合增速為38.6%。
ADAS系統(tǒng)是無人駕駛的基礎(chǔ)，未來隨著ADAS系統(tǒng)技術(shù)的不斷成熟，無人車也將會進(jìn)入爆發(fā)增長階段。相比車感攝像頭，激光雷達(dá)可以探測到更遠(yuǎn)的距離，對惡劣天氣的適應(yīng)性更強，因而成為無人車視覺系統(tǒng)的。根據(jù)激光雷達(dá)的激光發(fā)射器的數(shù)量不同，目前Velodyne Lidar無人車系統(tǒng)用激光雷達(dá)售價在7999美元-8.5萬美元，未來隨著激光雷達(dá)技術(shù)的不斷發(fā)展，成本可進(jìn)一步降低，對車感攝像頭的替代效應(yīng)也將凸顯。
根據(jù)BI Intelligence預(yù)測，未來自動駕駛車輛(包括L1-L5)將會由2016年的50萬輛增長至2025年的2200萬輛，其中不包括能夠?qū)崿F(xiàn)L5的全自動駕駛車輛，達(dá)到L5級別的全自動駕駛車輛預(yù)計2025年之后將會出現(xiàn)。由于激光雷達(dá)的價格較貴，假設(shè)只有高自動駕駛車才會安裝，目前車占比市場總量的4%左右，保守估計2017年到2025年車用激光雷達(dá)的市場規(guī)?？梢杂?0.5億美元增長至80億美元，年均復(fù)合增長率在33%左右。
2. 無人機和機器人領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r
無人機和機器人有著極其廣泛的細(xì)分市場，包括消費者無人機，自動駕駛車輛，招待機器人，遠(yuǎn)程呈現(xiàn)等，預(yù)計無人機和機器人業(yè)每年將新增至少10種應(yīng)用，帶來約10億美元的收入。目前無人機和機器人傳感器的市場規(guī)模為3.51億美元，預(yù)計到2021年可增長至7.09億美元，年均復(fù)合增速可達(dá)12.4%。
無人機市場
具體到智能圖像傳感器在無人機領(lǐng)域的應(yīng)用，目前主要是以相機模組的方式，搭載在無人機上，作航拍或者地圖測繪等需要成像的領(lǐng)域，2014年無人機出貨量為45萬臺，市場規(guī)模約7億美元，高盛預(yù)測，未來到2020年，無人機出貨量可達(dá)780萬臺，市場規(guī)模可達(dá)33億美元，出貨量年均復(fù)合增速達(dá)60%。隨著無人機市場的爆發(fā)，無人機用攝像頭也將會迎來新增長，預(yù)計到2020年無人機用攝像頭市場規(guī)?？蛇_(dá)1億美元，2013-2020年年均復(fù)合增速達(dá)35.4%。目前激光雷達(dá)成本較高，多用于測繪用無人機上，未來隨著激光雷達(dá)技術(shù)不斷成熟，成本不斷下降，激光雷達(dá)在無人機市場的應(yīng)用也將會越來越多。
3. AR(增強現(xiàn)實)和VR(虛擬現(xiàn)實)領(lǐng)域的發(fā)展?fàn)顩r
隨著AR和VR的應(yīng)用越來越廣泛，該市場包括了音頻、圖像、存儲器和處理器，幾乎可以涵蓋我們生活的方方面面。就近期而言，推動AR/VR發(fā)展的九大動力主要是：游戲、現(xiàn)場活動、電影娛樂、保健、不動產(chǎn)、零售、工業(yè)以及軍事，其初始驅(qū)動力來源于個人消費。高盛預(yù)計2025年，AR/VR軟件收入的60%將來源于個人，40%源自于企業(yè)和公共部門，而推動AR/VR的應(yīng)用的三大動力主要是：用戶體現(xiàn)、技術(shù)突破和內(nèi)容的拓展。
相關(guān)機構(gòu)預(yù)測2016年-2025年，AR/VR的市場規(guī)?？蓮?0億美元增長至800億美元，年均復(fù)合增速可達(dá)40%，其中硬件規(guī)?？捎?0億美元增長至420億美元。在未來市場增長一般的情況下，AR/VR設(shè)備的出貨量可由2016年的120萬臺增長至2020年的730萬臺，年均復(fù)合增速為57%。而在未來市場增長較好的情況下，AR/VR設(shè)備的出貨量由2016年的840萬臺增長至2020年的7000萬臺，年均復(fù)合增速可達(dá)68%。
AR/VR的市場
由市場和出貨量我們可以估算出2016-2020年AR/VR設(shè)備的平均售價為2380美元/臺，未來隨著技術(shù)的不斷成熟，價格將會進(jìn)一步降低。保守估算AR/VR領(lǐng)域用攝像頭市場規(guī)模由2016年8400萬美元增長至2020年的7億美元，年均復(fù)合增速為70%。
原標(biāo)題 一文看懂智能圖像傳感器行業(yè)的前世今生
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