智能传感器应用展开 产业触角深入新兴领域

　　【中国安防展览网 企业关注】在视频监控摄像机领域里，图像传感器是决定图像分辨率的关键因素之一。在IP监控领域，CMOS比CCD具备更好的图像性能、更低的成本、更高的集成度、更低的功耗和更快的速度，因而在网络摄像机中的应用不断增加，CMOS图像传感器将在高清监控中大面积普及。那么，你知道智能图像传感器？
 

智能传感器应用展开 产业触角深入新兴领域
 

　　智能图像传感器由图像传感器和视觉软件组成，能够捕捉和分析视觉信息，代替人眼做各种测量和判断的设备，其应用组件-摄像头目前已广泛应用于各类消费电子如：手机、电脑、可穿戴设备，未来随着ADAS系统的广泛普及和无人车的推出，车感摄像头领域将会迎来一轮爆发。相比摄像头，激光雷达的3D成像更加是无人车视觉系统的，将会成为资本市场追捧的热点。
 

　　智能图像传感器应用广泛，车感摄像头和激光雷达蓄势待发
 

　　我们认为车用、无人机、AR/VR用智能图像传感器将会成为未来5年的新增需求增长点，并预测车用摄像头的市场规模可由2016年58亿美元增长至2020年214.5亿美元，年均复合增速为38.6%；保守估计车用激光雷达可由2016年6亿美元增长至2025年80亿美元，年均复合增速33%；无人机用摄像头可由2016年1200万美元增长至2020年1亿美元，年均复合增速为35.4%。由于激光雷达成本过高，目前各种成像技术多以摄像头运用为主，但未来随激光雷达成本的降低，其在各个领域对摄像头的替代作用也将凸显。
 

　　MEMS传感器是智能传感器的未来，重点关注固态激光雷达
 

　　具有微米量级特征的MEMS传感器正逐步取代传统机械传感器的主导地位。初步估算MEMS(微机处理系统)智能传感器将会从2015年的115亿美元增长至2021年的200亿美元。摄像头技术应用比较成熟，3D成像、虹膜识别、手势识别是技术发展的主要趋势。激光雷达成本高昂，尚未实现商业量产，未来，为降低成本而取消其机械旋转结构的集成方式将会成为未来技术的突破口，应当重点关注能够实现固态激光雷达扫描的MEMS微振镜技术和光相控阵列技术。
 

　　溢价收购+高额融资，资本市场热衷激光雷达和无人驾驶
 

　　Mobile eye2014年在美上市，IPO当日募资8.9亿美元，后被英特尔收购，溢价达34.4%，以色列Luminar种子轮融资达3600万美元，以色列Oryx A轮融资1700万美元，美国Quanergy B轮融资9亿美元，中国禾赛科技A轮融资1.1亿元，无人驾驶和激光雷达，备受资本市场的追捧。
 

　　投资逻辑，未来市场可关注
 

　　硅基材料仍然是市场主流的智能图像传感器材料，但Luminar激光雷达所用的InGaAs材料具有更高的敏感性，或未来实现大规模应用，或对硅基材料有一定的替代性。
 

　　人工智能领域，专业化、集成化将会成为未来传感器模组的发展趋势，实现专业化的核心在于算法与功能的匹配，不同类型的传感器的集成，可使之功能互补，扬长避短。目前先进的算法被国外垄断，集成模式将会成为未来3-5年内中国智能图像传感器市场发展的主要趋势。
 

　　手机、PC行业的发展已相当成熟， AR、VR是市场热点。随各国对汽车ADAS系统的重视与推广，车用智能图像传感器将会是行业的新增长点。另外，无人机、车联网、智慧城市，也将会是行业未来的风口。
 

　　后，从算法来看，嵌入式技术有更强的针对性，在解决本地问题具备优越性。人工智能领域的深度学习将成为业内主流算法，而大数据结合端对端的高速传输将会推进深度学习算法的实际应用。
 

　　我们认为车用、无人机、AR/VR用智能图像传感器将会成为未来5年的新增需求点，预计2020年摄像头市场规模达223亿美元，2016-2020年均复合增速为37%；2025年车用激光雷达市场规模可达80亿美元，2016-2025年均复合增速33%，且随激光雷达成本不断降低，其对摄像头的替代作用也将凸显。
 

　　一、 智能图像传感器简介
 

　　智能图像传感器是能够捕捉和分析视觉信息，代替人眼做各种测量和判断的设备，由图像传感器和视觉软件组成，前者用于捕捉图像，后者用于分析“看到”的内容。典型的图像传感器可以分为：图像采集、图像处理和运动控制三个部分。它综合了光学、机械、电子、计算机软硬件等方面的技术，涉及到计算机、图像处理、模式识别、人工智能、信号处理、光机电一体化等多个领域。
 

　　根据感光器件的不同，图像传感器可以分为CCD和CMOS两种。两者都执行相同的步骤：光电转换——电荷累积——输出——转换——放大。
 

　　CCD成像仪主要由两部分构成：滤色器和像素阵列，微透镜将光线漏光到每个像素的光敏部分上，当光子通过滤色器阵列时，像素传感器开始捕获通过的光的强度，然后对光信号进行组合，统一输送到外部线路进行A/D处理。与CCD相比，CMOS是具有像素传感器阵列的集成电路，其每个像素传感器都有自己的光感传感器、信号放大器和像素选择开关。
 

　　智能传感器的实现结构主要有三种：非集成化实现、混合形式、集成化实现。按照智能化的程度，分别对应：初级、中级和形式。MEMS传感器是指采用微机械加工和半导体工艺制造而成的新型传感器。与传统的机械传感器相比，MEMS传感器具有体积小、重量轻、成本低、功耗低、可靠性高、适于批量化生产、易于集成和实现智能化等特点。从集成化的角度来说，MEMS传感器是智能传感器的未来。
 

　　目前常见的智能图像传感器组件便是摄像头，已普遍应用于手机和可穿戴设备等消费电子，目前手机、平板电脑市场趋于饱和，未来无人驾驶、车联网、AR、VR、无人机等新兴智能领域将会成为智能图像传感器的新增需求点。在这些领域的主流传感器组件分别是：摄像头、毫米波雷达、激光雷达。其中激光雷达在探测距离、探测度、天气适应性和夜视功能方面具有极大的优势，将会成为未来成像设备的主流。
 

　　激光雷达的成像原理可简单概括为：激光雷达的发射模块发射出一束具有一定功率的激光束或者是光脉冲，然后经散射镜将光线散射出去，打到待探测目标面上；反射回来的信号由激光雷达的接收模块接收，经过内部的信号处理，结合强度像和距离像的融合，经显示设备输出待测目标的三维图像。
 

　　与相机图像不同，激光雷达可通过测量光线的飞行时间，测量物体距离。除此之外，相机的数据源单一，不可靠，虽具有完全360°的覆盖范围，但很容易被迎面而来的光线、黄昏或阴影中看不到东西所遮挡，无法区分远处的重要场景。以车用传感器为例，分别对比摄像头、毫米波雷达、激光雷达，三者之间的区别如下图所示：
 

　　二、智能图像传感器主要应用领域及市场空间
 

　　20世纪90年代末期，随着CMOS图像传感器工艺和设计技术的进步，市场份额不断扩大，近年来市场占有率已经超过90%，取代CCD成为主流。2016年CMOS的市场规模为103亿美元，三大巨头索尼(Sony)、三星(Samsung)和豪威(Omnivision)分别占比市场份额35%、19%和8%，合计占比62%，市场格局相对比较集中。
 

　　从区域市场的分布来看，根据Globle image sensor的预测，2012-2018年图像传感器市场规模同比增长率为4.35%，到2018年，市场规模可达106.6亿美元，增长主要集中在亚洲，中国将会成为大的受益国。2012年北美、亚洲和欧洲和其他区域的市场份额分别为35%、34%、22%和9%，而到了2018年四大区域的市场份额分别为：27%、40%、18%和15%。
 

　　从下游应用领域分布来看，当前CMOS图像传感器主要应用于智能手机和平板电脑，占比下游应用70%左右。随着嵌入式数字成像技术迅速扩展，未来用于智能手机和平板电脑的CMOS的比例将会逐渐降低，汽车系统将成为CMOS图像传感器增长快的应用，到2020年汽车行业传感器市场规模可增长至22亿美元，约占市场总额152亿美元的14%。2015年-2020年，汽车用CMOS销售额复合年增长率可达55%。
 

　　在汽车行业之外，未来2015-2020年间，安全监控领域可保持36%的年均复合增速，增长至9.12亿美元；医疗/科学应用领域可保持34%的年均复合增速，增长至8.67亿美元；玩具/电子游戏可保持32%的年均复合增速，增长至2.74亿美元；工业系统可保持18%的年均复合增速，增长至8.97亿美元。
 

　　从应用形式来看，CMOS传感器的主要应用为摄像头模组(CCD)， 2014年CCD市场规模为201亿美元，其中封装、AF(自动对焦系统)& OIS(图像稳定系统)供应商规模合计占比市场份额的72%，分别为72亿美元和72.5亿美元。根据Yole Développement预计，2020年CCD市场规模可增长至510亿美元，6年间的年均复合增速为16.8%，其中封装领域市场规模达225亿美元，年均复合增速20%；AF & OIS市场规模达155亿美元，年均复合增速13%。
 

　　目前手机、电脑用摄像头是摄像头模组下游应用的广泛领域之一，未来随着无人驾驶技术的逐步推进，融合了图像传感器的车载摄像头以及激光雷达，作为ADAS的解决方案将会面临新一轮的增长，除了车感摄像头之外，无人机和机器人领域、以及增强现实(AR)和虚拟现实(VR)领域都将是智能图像传感器的新的市场增长点。
 

　　1.  汽车领域的发展状况
 

　　相比手机摄像头，汽车摄像头的进入壁垒更高，单价也是手机摄像头的八倍左右(车载摄像头价格在 32 美元(约合人民币 197 元)左右，夜视用车感摄像头更是高达上千美元。2016年ADAS的市场规模为105亿美元，根据 Strategy Analysis 预测，到2020 年ADAS 市场规模可达300亿美元，复合增长率可达24%。
 

　　随着ADAS市场的爆发，车用摄像头迎来了增长的风口，作为ADAS全景系统的重要组成部分，市场上主流的ADAS解决方案中，一辆车至少安装7个摄像头，按照安装的位置，分别分为：前视、后视、侧视以及车内监控四大部分。目前来看欧美国家的ADAS的市场渗透率较高，在8%左右，而中国的渗透率较低，为3%左右。且欧美各国近期都纷纷出台强制安装ADAS系统的政策，未来ADAS系统的渗透率将会逐步提高，相关机构预测到2020年新车ADAS系统的渗透率可达20%。
 

　　2005年-2015年，汽车产量由6593.4万辆增长至8967.8万辆，年均复合增速3%，预计未来仍以该速度增长，至2020年汽车产量可达1.04亿辆，由此预估车用摄像头的市场规模到2020年可达214.5亿美元，年均复合增速为38.6%。
 

　　ADAS系统是无人驾驶的基础，未来随着ADAS系统技术的不断成熟，无人车也将会进入爆发增长阶段。相比车感摄像头，激光雷达可以探测到更远的距离，对恶劣天气的适应性更强，因而成为无人车视觉系统的。根据激光雷达的激光发射器的数量不同，目前Velodyne Lidar无人车系统用激光雷达售价在7999美元-8.5万美元，未来随着激光雷达技术的不断发展，成本可进一步降低，对车感摄像头的替代效应也将凸显。
 

　　根据BI Intelligence预测，未来自动驾驶车辆(包括L1-L5)将会由2016年的50万辆增长至2025年的2200万辆，其中不包括能够实现L5的全自动驾驶车辆，达到L5级别的全自动驾驶车辆预计2025年之后将会出现。由于激光雷达的价格较贵，假设只有高自动驾驶车才会安装，目前车占比市场总量的4%左右，保守估计2017年到2025年车用激光雷达的市场规模可以由10.5亿美元增长至80亿美元，年均复合增长率在33%左右。
 

　　2.  无人机和机器人领域的发展状况
 

　　无人机和机器人有着极其广泛的细分市场，包括消费者无人机，自动驾驶车辆，招待机器人，远程呈现等，预计无人机和机器人业每年将新增至少10种应用，带来约10亿美元的收入。目前无人机和机器人传感器的市场规模为3.51亿美元，预计到2021年可增长至7.09亿美元，年均复合增速可达12.4%。
 

无人机市场
 

　　具体到智能图像传感器在无人机领域的应用，目前主要是以相机模组的方式，搭载在无人机上，作航拍或者地图测绘等需要成像的领域，2014年无人机出货量为45万台，市场规模约7亿美元，高盛预测，未来到2020年，无人机出货量可达780万台，市场规模可达33亿美元，出货量年均复合增速达60%。随着无人机市场的爆发，无人机用摄像头也将会迎来新增长，预计到2020年无人机用摄像头市场规模可达1亿美元，2013-2020年年均复合增速达35.4%。目前激光雷达成本较高，多用于测绘用无人机上，未来随着激光雷达技术不断成熟，成本不断下降，激光雷达在无人机市场的应用也将会越来越多。
 

　　3.  AR(增强现实)和VR(虚拟现实)领域的发展状况
 

　　随着AR和VR的应用越来越广泛，该市场包括了音频、图像、存储器和处理器，几乎可以涵盖我们生活的方方面面。就近期而言，推动AR/VR发展的九大动力主要是：游戏、现场活动、电影娱乐、保健、不动产、零售、工业以及军事，其初始驱动力来源于个人消费。高盛预计2025年，AR/VR软件收入的60%将来源于个人，40%源自于企业和公共部门，而推动AR/VR的应用的三大动力主要是：用户体现、技术突破和内容的拓展。
 

　　相关机构预测2016年-2025年，AR/VR的市场规模可从40亿美元增长至800亿美元，年均复合增速可达40%，其中硬件规模可由20亿美元增长至420亿美元。在未来市场增长一般的情况下，AR/VR设备的出货量可由2016年的120万台增长至2020年的730万台，年均复合增速为57%。而在未来市场增长较好的情况下，AR/VR设备的出货量由2016年的840万台增长至2020年的7000万台，年均复合增速可达68%。
 

AR/VR的市场
 

　　由市场和出货量我们可以估算出2016-2020年AR/VR设备的平均售价为2380美元/台，未来随着技术的不断成熟，价格将会进一步降低。保守估算AR/VR领域用摄像头市场规模由2016年8400万美元增长至2020年的7亿美元，年均复合增速为70%。
 

　　原标题 一文看懂智能图像传感器行业的前世今生