【中國安防展覽網 企業關注】在視頻監控攝像機領域里，圖像傳感器是決定圖像分辨率的關鍵因素之一。在IP監控領域，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，因而在網絡攝像機中的應用不斷增加，CMOS圖像傳感器將在高清監控中大面積普及。那么，你知道智能圖像傳感器？
智能傳感器應用展開 產業觸角深入新興領域
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備，其應用組件-攝像頭目前已廣泛應用于各類消費電子如：手機、電腦、可穿戴設備，未來隨著ADAS系統的廣泛普及和無人車的推出，車感攝像頭領域將會迎來一輪爆發。相比攝像頭，激光雷達的3D成像更加是無人車視覺系統的，將會成為資本市場追捧的熱點。
智能圖像傳感器應用廣泛，車感攝像頭和激光雷達蓄勢待發
我們認為車用、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，并預測車用攝像頭的市場規模可由2016年58億美元增長至2020年214.5億美元，年均復合增速為38.6%；保守估計車用激光雷達可由2016年6億美元增長至2025年80億美元，年均復合增速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，年均復合增速為35.4%。由于激光雷達成本過高，目前各種成像技術多以攝像頭運用為主，但未來隨激光雷達成本的降低，其在各個領域對攝像頭的替代作用也將凸顯。
MEMS傳感器是智能傳感器的未來，重點關注固態激光雷達
具有微米量級特征的MEMS傳感器正逐步取代傳統機械傳感器的主導地位。初步估算MEMS(微機處理系統)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。攝像頭技術應用比較成熟，3D成像、虹膜識別、手勢識別是技術發展的主要趨勢。激光雷達成本高昂，尚未實現商業量產，未來，為降低成本而取消其機械旋轉結構的集成方式將會成為未來技術的突破口，應當重點關注能夠實現固態激光雷達掃描的MEMS微振鏡技術和光相控陣列技術。
溢價收購+高額融資，資本市場熱衷激光雷達和無人駕駛
Mobile eye2014年在美上市，IPO當日募資8.9億美元，后被英特爾收購，溢價達34.4%，以色列Luminar種子輪融資達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，備受資本市場的追捧。
投資邏輯，未來市場可關注
硅基材料仍然是市場主流的智能圖像傳感器材料，但Luminar激光雷達所用的InGaAs材料具有更高的敏感性，或未來實現大規模應用，或對硅基材料有一定的替代性。
人工智能領域，專業化、集成化將會成為未來傳感器模組的發展趨勢，實現專業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。目前先進的算法被國外壟斷，集成模式將會成為未來3-5年內中國智能圖像傳感器市場發展的主要趨勢。
手機、PC行業的發展已相當成熟， AR、VR是市場熱點。隨各國對汽車ADAS系統的重視與推廣，車用智能圖像傳感器將會是行業的新增長點。另外，無人機、車聯網、智慧城市，也將會是行業未來的風口。
后，從算法來看，嵌入式技術有更強的針對性，在解決本地問題具備優越性。人工智能領域的深度學習將成為業內主流算法，而大數據結合端對端的高速傳輸將會推進深度學習算法的實際應用。
我們認為車用、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，預計2020年攝像頭市場規模達223億美元，2016-2020年均復合增速為37%；2025年車用激光雷達市場規模可達80億美元，2016-2025年均復合增速33%，且隨激光雷達成本不斷降低，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、機械、電子、計算機軟硬件等方面的技術，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域。
根據感光器件的不同，圖像傳感器可以分為CCD和CMOS兩種。兩者都執行相同的步驟：光電轉換——電荷累積——輸出——轉換——放大。
CCD成像儀主要由兩部分構成：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，然后對光信號進行組合，統一輸送到外部線路進行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。
智能傳感器的實現結構主要有三種：非集成化實現、混合形式、集成化實現。按照智能化的程度，分別對應：初級、中級和形式。MEMS傳感器是指采用微機械加工和半導體工藝制造而成的新型傳感器。與傳統的機械傳感器相比，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、易于集成和實現智能化等特點。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，已普遍應用于手機和可穿戴設備等消費電子，目前手機、平板電腦市場趨于飽和，未來無人駕駛、車聯網、AR、VR、無人機等新興智能領域將會成為智能圖像傳感器的新增需求點。在這些領域的主流傳感器組件分別是：攝像頭、毫米波雷達、激光雷達。其中激光雷達在探測距離、探測度、天氣適應性和夜視功能方面具有極大的優勢，將會成為未來成像設備的主流。
激光雷達的成像原理可簡單概括為：激光雷達的發射模塊發射出一束具有一定功率的激光束或者是光脈沖，然后經散射鏡將光線散射出去，打到待探測目標面上；反射回來的信號由激光雷達的接收模塊接收，經過內部的信號處理，結合強度像和距離像的融合，經顯示設備輸出待測目標的三維圖像。
與相機圖像不同，激光雷達可通過測量光線的飛行時間，測量物體距離。除此之外，相機的數據源單一，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，無法區分遠處的重要場景。以車用傳感器為例，分別對比攝像頭、毫米波雷達、激光雷達，三者之間的區別如下圖所示：
二、智能圖像傳感器主要應用領域及市場空間
20世紀90年代末期，隨著CMOS圖像傳感器工藝和設計技術的進步，市場份額不斷擴大，近年來市場占有率已經超過90%，取代CCD成為主流。2016年CMOS的市場規模為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。
從區域市場的分布來看，根據Globle image sensor的預測，2012-2018年圖像傳感器市場規模同比增長率為4.35%，到2018年，市場規模可達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域的市場份額分別為35%、34%、22%和9%，而到了2018年四大區域的市場份額分別為：27%、40%、18%和15%。
從下游應用領域分布來看，當前CMOS圖像傳感器主要應用于智能手機和平板電腦，占比下游應用70%左右。隨著嵌入式數字成像技術迅速擴展，未來用于智能手機和平板電腦的CMOS的比例將會逐漸降低，汽車系統將成為CMOS圖像傳感器增長快的應用，到2020年汽車行業傳感器市場規模可增長至22億美元，約占市場總額152億美元的14%。2015年-2020年，汽車用CMOS銷售額復合年增長率可達55%。
在汽車行業之外，未來2015-2020年間，安全監控領域可保持36%的年均復合增速，增長至9.12億美元；醫療/科學應用領域可保持34%的年均復合增速，增長至8.67億美元；玩具/電子游戲可保持32%的年均復合增速，增長至2.74億美元；工業系統可保持18%的年均復合增速，增長至8.97億美元。
從應用形式來看，CMOS傳感器的主要應用為攝像頭模組(CCD)， 2014年CCD市場規模為201億美元，其中封裝、AF(自動對焦系統)& OIS(圖像穩定系統)供應商規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Yole Développement預計，2020年CCD市場規模可增長至510億美元，6年間的年均復合增速為16.8%，其中封裝領域市場規模達225億美元，年均復合增速20%；AF & OIS市場規模達155億美元，年均復合增速13%。
目前手機、電腦用攝像頭是攝像頭模組下游應用的廣泛領域之一，未來隨著無人駕駛技術的逐步推進，融合了圖像傳感器的車載攝像頭以及激光雷達，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，無人機和機器人領域、以及增強現實(AR)和虛擬現實(VR)領域都將是智能圖像傳感器的新的市場增長點。
1. 汽車領域的發展狀況
相比手機攝像頭，汽車攝像頭的進入壁壘更高，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上千美元。2016年ADAS的市場規模為105億美元，根據 Strategy Analysis 預測，到2020 年ADAS 市場規模可達300億美元，復合增長率可達24%。
隨著ADAS市場的爆發，車用攝像頭迎來了增長的風口，作為ADAS全景系統的重要組成部分，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、側視以及車內監控四大部分。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系統的政策，未來ADAS系統的滲透率將會逐步提高，相關機構預測到2020年新車ADAS系統的滲透率可達20%。
2005年-2015年，汽車產量由6593.4萬輛增長至8967.8萬輛，年均復合增速3%，預計未來仍以該速度增長，至2020年汽車產量可達1.04億輛，由此預估車用攝像頭的市場規模到2020年可達214.5億美元，年均復合增速為38.6%。
ADAS系統是無人駕駛的基礎，未來隨著ADAS系統技術的不斷成熟，無人車也將會進入爆發增長階段。相比車感攝像頭，激光雷達可以探測到更遠的距離，對惡劣天氣的適應性更強，因而成為無人車視覺系統的。根據激光雷達的激光發射器的數量不同，目前Velodyne Lidar無人車系統用激光雷達售價在7999美元-8.5萬美元，未來隨著激光雷達技術的不斷發展，成本可進一步降低，對車感攝像頭的替代效應也將凸顯。
根據BI Intelligence預測，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，其中不包括能夠實現L5的全自動駕駛車輛，達到L5級別的全自動駕駛車輛預計2025年之后將會出現。由于激光雷達的價格較貴，假設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年車用激光雷達的市場規模可以由10.5億美元增長至80億美元，年均復合增長率在33%左右。
2. 無人機和機器人領域的發展狀況
無人機和機器人有著極其廣泛的細分市場，包括消費者無人機，自動駕駛車輛，招待機器人，遠程呈現等，預計無人機和機器人業每年將新增至少10種應用，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模為3.51億美元，預計到2021年可增長至7.09億美元，年均復合增速可達12.4%。
無人機市場
具體到智能圖像傳感器在無人機領域的應用，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域，2014年無人機出貨量為45萬臺，市場規模約7億美元，高盛預測，未來到2020年，無人機出貨量可達780萬臺，市場規模可達33億美元，出貨量年均復合增速達60%。隨著無人機市場的爆發，無人機用攝像頭也將會迎來新增長，預計到2020年無人機用攝像頭市場規模可達1億美元，2013-2020年年均復合增速達35.4%。目前激光雷達成本較高，多用于測繪用無人機上，未來隨著激光雷達技術不斷成熟，成本不斷下降，激光雷達在無人機市場的應用也將會越來越多。
3. AR(增強現實)和VR(虛擬現實)領域的發展狀況
隨著AR和VR的應用越來越廣泛，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發展的九大動力主要是：游戲、現場活動、電影娛樂、保健、不動產、零售、工業以及軍事，其初始驅動力來源于個人消費。高盛預計2025年，AR/VR軟件收入的60%將來源于個人，40%源自于企業和公共部門，而推動AR/VR的應用的三大動力主要是：用戶體現、技術突破和內容的拓展。
相關機構預測2016年-2025年，AR/VR的市場規模可從40億美元增長至800億美元，年均復合增速可達40%，其中硬件規模可由20億美元增長至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，年均復合增速為57%。而在未來市場增長較好的情況下，AR/VR設備的出貨量由2016年的840萬臺增長至2020年的7000萬臺，年均復合增速可達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設備的平均售價為2380美元/臺，未來隨著技術的不斷成熟，價格將會進一步降低。保守估算AR/VR領域用攝像頭市場規模由2016年8400萬美元增長至2020年的7億美元，年均復合增速為70%。
原標題 一文看懂智能圖像傳感器行業的前世今生
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