中国摄像头CMOS需求潜力旺盛

中国摄像头CMOS需求潜力旺盛

CMOS是Complementary Metal Oxide Semiconductor（互补金属氧化物半导体）的缩写。它是指制造大规模集成电路芯片用的一种技术或用这种技术制造出来的芯片，是电脑主板上的一块可读写的RAM芯片。因为可读写的特性，所以在电脑主板上用来保存BIOS设置完电脑硬件参数后的数据，这个芯片仅仅是用来存放数据的。

电压控制的一种放大器件，是组成CMOS数字集成电路的基本单元。

而对BIOS中各项参数的设定要通过专门的程序。BIOS设置程序一般都被厂商整合在芯片中，在开机时通过特定的按键就可进入BIOS设置程序，方便地对系统进行设置。因此BIOS设置有时也被叫做CMOS设置。

自动驾驶升级，带动传感层硬件量价齐升 车载摄像头市场是CMOS图像传感器下游增长最快的应用领域。根据Yole Development 统计数据，2016 年全球车载 CMOS图像传感器市场规模约 5.4 亿美元，占比约 4.66%；2017年全球车载CMOS图像传感器市场规模约6.6亿美元，较2016年增长了23%。 
CMOS图像传感器下游车载摄像头市场分为三个部分：配备与汽车前面、后面、侧面摄像机传感器。研究机构 CourtPoint 预估配备于汽车前方 ADAS 中的影像传感器，在整体车用嵌入式影像传感器中的占比由 2018 年的 34%上升至 2023 年的 38.9%；侧边相机系统影像传感器市占也会从15.3%上升至 21.7%；应用于汽车后方的影像传感器市占由 2018年的 50.4%，下滑为 2023年的 37.8%。

 

 

 汽车自动驾驶离不开多种传感器。CMOS传感器主要应用于车载“高级驾驶辅助系统”(ADAS)，包括盲点摄像头、自动防碰撞、道偏离警告、手势识别、疲劳监测等。

利用安装在汽车上的各种传感器，在汽车行驶过程中随时感应周围的环境，收集数据，进行静动态物体辨识、侦测与追踪，并进行系统的运算和分析，让驾驶者先察觉到可能发生的危险，有效增加汽车驾驶的安全性。 

 

 ADAS由多项配置协调系统构成，通常包括自适应巡航系统 ACC，车道偏移报警系统LDW，车道保持系统 LKA，前撞预警系统 FCW，自动紧急制动 AEB，夜视系统 NVS，盲点探测系统 BSD，全景泊车系统 SVC 等。

在汽车自动驾驶的技术演进过程中，ADAS 扮演了未来汽车实现自动驾驶的先导性技术，起到承上启下的重要作用。 

 

 

 多种传感层面的硬件搭配组合才能满足未来完全自动驾驶的高级需求。

鉴于 ADAS 在保证行车安全、防止交通事故上起到突出的作用，汽车厂商越来越多的引入 ADAS 功能；消费者在购车时也越来越多的考虑车辆是否具备 ADAS 功能。与此同时，各国政府也意识到了 ADAS 系统的对减少道路事故、提高车辆安全性的重要,不断将其纳入法律法规或相关标准。未来三年内，随着 ADAS 系统的逐渐普及，车载 CMOS 图像传感器市场规模将快速扩张。 

 

 摄像头产业链成熟，车均配置数量增加

摄像头能够在有光情况下采集周围环境信息，通过图像识别技术，使得汽车能够自主判断人、车、物等关键信息。Yole 预计，到 2024 年平均每台汽车拥有 3 颗摄像头。
汽车摄像头结构智能手机类似，均包含 CMOS 图像传感器、镜头、马达、柔性电路板等主要器件，产业链相对趋同。Yole 预计全球摄像头模组产业链市场空间有望在 2024 年达到450 亿美元，其中汽车摄像头市场超过 50 亿美元。
韦尔收购豪威科技后，将成为全球第三大CMOS图像传感器厂商，值得重点关注公司在汽车电子领域的进一步发展。

 

 2018年，豪威在车载摄像头领域市场占有率全球排名第二，主要竞争对手为安森美半导体，2018年安森美在车载 CIS 领域市占率为 62%，豪威为 20%。在车载摄像头领域,北京豪威拥有较为显著的技术优势，其OX01A芯片是全世界首个量产的具备 LED 闪烁均衡(LFM)技术的车载 CMOS 图像传感器。

长期以来，豪威车载摄像头主要用于欧美汽车品牌，在奔驰、宝马、奥迪等品牌汽车搭载率居行业首位。未来，公司将着重开拓亚太市场，增加产品在日系和中国自主品牌汽车市场的渗透率。从下游需求看CIS成长空间CMOS图像传感器（CIS）是一种将光学图像转变为电子信号的感光元件，广泛应用于数码相机、手机等拍照摄像产品中。
在3D感测中的应用：基于结构光和光飞时间的3D产品中，红外光图像传感器用于接收处理物体的三维平面深度信息，可见光图像传感器用于接收处理物体的二维平面可见光信息，最后汇总处理，得到三维数据。主要包括CCD（电荷耦合器件）和 CMOS（互补性金属氧化物半导体器件）。 

 

 图像传感器市场主要为 CCD 和 CMOS，CMOS 虽然性能稍逊 CCD，但价格低、功耗低、体积小，已经成为图像传感器市场的主导产品，近年来出货量占比90%以上。 

 

 CCD和CMOS对光信号的处理步骤相同，工作原理有所差异。CCD工作原理是通过光照射每个像素产生电荷并积累电荷，CCD只有一个读出端口，使得每个像素需要串行在一起，每个像素的电荷之间进行转移，传到输出端口变为电压，再进行放大和模数转换得到图像。

CMOS则是景物成像聚焦到图像传感器阵列上，阵列的每个像素上包括一个光敏二极管，二极管的作用是使阵列表面的光强转换为电信号，选择电路将像素上的电信号读取后放大，交相关双采样 CDS 电路处理，最后信号送到模拟/数字转换器上完成数字信号输出。 

 

 据显示，2018 年平均每台智能手机搭配 2.4 颗 CIS，预计到 2020 年超过 3 颗。尽管从2019年来看全球智能手机市场相对疲弱，但追求更高图像质量的趋势确立，摄像头个数显著增加，2019 年上半年，智能手机 CIS市场规模超过 50 亿美元。 

 

 双摄成为标配后，三摄加速渗透，再次打开光学板块成长空间：智研咨询数据显示，预计到 2020 年渗透率将达到 60%以上，预计双摄像头市场规模将达 750 亿元左右，双摄逐渐成为高中端机型的标配后，三摄加速渗透智能终端步入快速放量阶段。

 

 叠层工艺的发展进一步扩大CIS制造产能需求：根据我们产业链研究，16M像素以上CIS产品多数会采用叠层制造工艺，即将像素层与逻辑层分开制造后进行叠层，使得拍摄效果更佳的同时对 CIS 产能的需求进一步提升。我们认为，在摄像头个数提升及叠层工艺的催化下，CIS产能逐步紧缺。 

 

 豪威夜鹰技术无可替代，安防竞争优势卓越  

在 CMOS 传感器市场中，安防领域年平均复合增长率达 36%，增战速度仅次于汽车电子，中国 2018 年安防市场预测产值已达 7452 亿元，市场规模较大，极具发展前景，豪威能够为企业和智能家居安防监控应用提供最佳的先进图像系统解决方案。 

 

 当前监控行业普遍存在的四个问题：1、夜晚摄像头工作困难；2、摄像头红曝刺眼；3、摄像头功耗大或体积大；4、AI 对摄像头的人脸识别要求高。

豪威科技推出了夜鹰近红外技术，能够在人眼看不见的场景下获得清晰的图像，匹配系统的低耗能需求，减少对 LED 灯的需求，实现总体功耗的降低。
2020 年 1 月 3 日 CES 展览，公司首发具备片上像素还原（4 合 1 Bayer 图像）色彩转换器和片上高动态范围 (HDR) 功能的新款 1.4 微米、1130 万像素图像传感器 OS12D40。这款新的图像传感器为安防摄像头大众市场的最佳性能树立了新的标杆。
这意味着无论是商用还是家用安防系统都能在各种光照条件下以全高清 1080p 模式更好地捕捉移动物体，另外也可选择通过人工智能 (AI) 或人类操作员采集无 HDR 的 4K2K 图像。此外，豪威的 PureCel®Plus-S 堆叠架构确保了每个像素的最佳性能，进一步改善了高对比明暗环境下的 HDR 表现。 

 

 豪威夜鹰近红外技术是其中的核心技术之一，其创新独特的厚硅像素架构、精益化生产管理的晶圆表面介质以及进一步延伸的深沟槽分离结构，提高了量子效率，并在不影响传感器暗电流条件下，保证了调制传递函数。

这项突破性科技让豪威的图像传感器在低光或无可见光条件下看得更远、更清晰。夜视技术提供在黑暗中的可视能力。该技术早在20世纪初期为军事应用而开发。其应用从军用扩展至了安防监控、医疗和汽车等商业应用领域。 

 

 由于物联网的出现，安防监控摄像头已不仅局限在机场、火车站、银行和办公楼等传统应用场景。而是已经成为零售企业，智能城市和智能家居的重要组成部分，能够用于收集和大数据分析。

具有视频分析功能的智能安防监控摄像头正在监控并传送日常生活活动、消费者行为和信息等方面的数据；同时这些安防摄像头也能实现收集多媒体情报的功能，以维护城市安全。
此外，使用电池的安防摄像头正被进一步推广应用，特别是智能家居领域的应用。这些应用需要具备先进的功能，例如面部识别。而这要求高分辨率的传感器提供更好的图像质量以及低光照成像性能。
除了用于捕捉视频的传感器之外，提供颜色校正、自动光平衡和压缩技术的图像信号处理器也同样至关重要。豪威科技的先进系统成像能满足上述所有要求，提供完整解决方案。 

 

 收购豪威、思比科，韦尔股份梯度布局CIS行业 成功收购豪威，再添IC设计板块蓝图：美国豪威创立于1995年，2000年在纳斯达克上市，曾是苹果手机图像供应商，2016年，北京清芯华创、中信资本等将美国豪威私有化，使其成为北京豪威子公司。

 

 豪威的客户主要行业包括手机、汽车、安防、医疗和 AR、VR 等，尤其在医疗、安防领域产品领先优势明显，与韦尔市场渠道形成互补。

 

 在研发方面，豪威的加入强化了公司整体方案解决能力，有利于为一线客户提供更加专业化的技术支持。2017年，豪威集中精力研发和推广技术附加值较高的高端产品，连续推出了多款新产品和多项新技术，包括采用了新一代PureCel@Plus 技术的1300万像素级OV13A10和OV13A1Qc传感器、1600万像素级别的 OV16B10 传感器、业内领先的近红外(NIR)技术夜鹰 NyxelTM、支持生物识别能力的 OV9738RGB-Ir 传感器。

2018年1月，豪威推出了OV24A系列图像传感器，该产品采用了豪威新一代 PureCel-⑧Plus 技术，可在低光状态下获得更好的图像质量。2020年2月18 日，豪威发布面向智能手机高清摄像头的 1/1.7" 光学规格 0.8 微米 6400 万像素图像传感器 OV64C。 
借助韦尔积累多年的分销业务优势，豪威可以更加全面的获取市场动态信息，提供高度满足客户需求的芯片设计方案。其次在供应链方面，韦尔主要供应商以国内 Fab 厂商为主，豪威则具有更多的境外供应链，目前豪威在国内逐渐建立广泛的供应链体系。
行业稳定增长，集中度逐渐提升：Mottokorea 最新报告表明，2018 年全球 CIS 市场规模为 137 亿美元，预计到 2022 年增长至 190 亿美元，2018~2022 年复合增长率 CAGR 为8.5%。2019 年全球 CMOS 图像传感器市场占有率前三的分别是索尼（49.2%）、三星（19.8%）、豪威（11.2%），CR3 超过 80%，而根据 Yole 的数据，2014 年三家 CIS 芯片企业的 CR3 为 63%，2017 年 CR3 为 73%，行业集中度逐渐提升，形成较强的行业进入高壁垒。 

 

 自 2017 年起，豪威管理层积极实施产品升级战略，精简产品线、提高运营效率、降低低端产品占比，集中精力研发和推广技术附加值较高的高端产品。产品像素不断升级，进军后置主摄领域： 

1、2020 年 1 月，豪威抢先发布面向旗舰手机摄像头的 1.2 微米 4800 万像素图像传感器 OV48C，光学规格为 1/1.3"采用豪威科技的 PureCel® Plus 晶片堆叠技术，可为旗舰智能手机提供业内较高质量的静态图像采集和视频性能，在任何条件下，OV48C 都能始终如一地捕获更佳质量的图像而不会产生运动模糊，并能够以 1200 万像素的分辨率和快速模式切换实现数字裁剪变焦。 
2、2020 年 2 月，豪威发布面向智能手机高清摄像头的 1/1.7" 光学规格 0.8 微米 6400 万像素图像传感器 OV64C ，采用了 OmniVision 的 PureCel®Plus 晶片堆叠技术和电子图像稳定 (EIS) 技术，可为高端智能手机提供业内较高质量的静态图像采集和 4K 视频性能。TSR 预计，2020 年面向智能手机生产商的 6400 万像素及以上分辨率的图像传感器出货量将达到 1.27 亿片。凭借出色的分辨率和丰富的功能， OV64C 在满足高端智能手机设计师需求方面拥有独特的优势。

 

 积极调整产品结构，加快布局高端产品：豪威是全球领先的 CIS 设计公司，在传感器领域具有多项技术领先，截至 2018 年 12 月 31 日，全球专利数量高达 3440 项，另有多项核心技术应用于智能手机、车载摄像头、监控摄像头和医疗设备领域，主要竞争对手为索尼及三星。

2017 年来豪威主动增加高端 CIS(1300 万以上像素)产品占比，在手机领域不断渗透进入华为、小米、OPPO、VIVO 等公司供应链体系，加快高端产品演进步伐。 
豪威组织架构中，技术研发部门（R&D）是最核心的部门，豪威科技在全球有5 大研发基地：上海、东京、新加坡、奥斯陆、硅谷。全球专利数从2016年的 3190项增加到3440项，近期豪威专注于研发四相像素技术、LED闪烁均衡技术、近红外和超低光技术、超小型图像传感器等核心技术。截至2018 年 12 月 31 日，豪威研发人员870人，占员工总数的56.75%，豪威研发投入占营业收入的比重均超过 13%，2018 年达到 11.91 亿元。 
四像素技术解决了像素尺寸和大小相互充足的问题：CIS 的像素尺寸和像素大小是互相冲突的，同样面积的 CIS 芯片，随着分辨率的不断提升，对应的像素大小就会变小。但像素尺寸小，暗光拍摄的进光量就会变小，从而降低成像效果。
豪威科技的四像素技术（4Cell）解决了这一冲突，四像素技术使用四个同色像素排列在一起，形成一个大的像素。暗光时，四个同色像素同时采样，得到一张四倍感光的低像素照片，再通过算法重新排列像素，恢复原本小尺寸的单个像素，最终输出一张高像素的照片。 

 

 思比科布局CIS行业北京思比科专注于研发应用于智能手机、平板电脑、可穿戴式设备、安防监控、智能汽车、无人机、机器人视觉、医疗影像、体感互动游戏等移动互联网、物联网、特种装备领域的 CMOS 图像传感器芯片设计和销售。

 

 由于采取降价策略，2018 年上半年思比科毛利率相对较低，为 7.91%；2018 年下半年由于上游产能紧张以及下游对 CMOS 图像传感器需求量上升等因素，思比科多数产品售价上升，毛利率也有所提升，2018 年全年销售毛利率为 14.25%。根据我们产业链研究， 2019 年及 2020 年由于全球 CIS 供需关系趋紧，13M 及以下像素产品涨价相对较为明显，我们预计思比科有望充分受益。 

思比科采用 Fabless 生产运营模式，有利于公司专注于芯片设计核心技术和产品创新能力的提升，减少生产性环节所需要的巨大资金和人员投入，降低产品生产成本，思比科主要的晶圆代工厂为韩国东部（全球排名前列的晶圆代工厂），思比科是东部最为重要的战略合作伙伴之一，合作关系稳定；公司的晶圆封装主要由三家封装代工厂完成，分别为日本东芝、华天科技、苏州科杨光电。 竞争格局来看，日本索尼和韩国三星是豪威最主要的竞争对手索尼是世界视听、电子游戏、通讯产品和信息技术等领域的先导者之一，属于 IDM 厂商，拥有晶圆工厂。2018 年索尼在 CMOS 图像传感器领域占有 49.9%的市场份额，是 CMOS 行业主要研发与生产企业之一。
索尼在高端 CMOS 图像传感器市场保持较为显著的技术优势，其技术的开发速度和新产品迭代速度均处于行业领先地位，在 2012 年推出堆栈式 CMOS 技术，可使整颗组件在同尺寸规格下得到更多的空间来获得更大面积的感光范围。 

 

 索尼研发的四像素技术称为 Quad Bayer，通过 Quad Bayer 彩色滤光片阵列，索尼IMX586 解决了光线不足环境下的进光量问题，克服了小尺寸像素进光量不足的问题。

当拍摄白天户外的明亮场景时，可以实时获得4800万有效像素图像。在低光照条件下，将灵敏度提高到相当于1.6μm像素、1200万有效像素的水平，以捕捉明亮、低噪点的照片和视频。 

 

 三星电子凭借自有品牌智能手机、平板电脑和其他消费电子设备的市场知名度和占有率，在一定程度上促进 CMOS 图像传感器的研发和生产，是 CIS 行业第二大生产商， 2018 年市场占有率为 19.6%。与索尼一样，三星电子属于 IDM 厂商，拥有晶圆工厂。

三星电子于 2019 年 1 月 22 日推出目前最小的 CMOS 图像传感器“ISOCELL”，主要用于全面屏形态的手机，可用于屏幕开孔或者刘海屏手机；可用于前置摄像头，也可用于中端手机的后置长焦拍摄元件。“ISOCELL”优势在于：模块高度降低了7%、数码变焦能力提升了60%，与传统的背照式图像传感器相比，“ISOCELL”使用相邻像素之间的物理屏障来减少颜色串扰并扩大捕获光线的能力。
三星正式推出支持“四合一”橡塑技术的新的CMOS：ISOCELL Bright GM1 和 ISOCELL Bright GD1，在暗光环境下拍摄时，感光元件可以以“四合一”的形式，分别实现 12MP 或 8MP 的 1.6μm CMOS 拍摄效果。除此之外，三星还在 GD1 上加入了实时 HDR 的功能，在低光或高对比度的环境中能够呈现更丰富的色彩。

 

 

 

 

 

 与日本索尼和韩国三星不同，豪威一直采用 Fabless 生产模式，与业内主要代工企业已保持了 20 余年的合作关系，业务关系较为稳定。

日本索尼和韩国三星生产的CMOS传感器主要应用于智能手机，而豪威产品线最为完善，其产品 CMOS 图像传感器覆盖医疗器械、汽车、安防监控、AR/VR 等多个领域，拥有较为显著的技术积累优势。
随着汽车、医疗、VR/AR等CMOS图像传感器下游多元化应用的兴起，未来 CMOS制程工艺将逐渐向28nm-45nm级别过渡，日本索尼的部分生产线将从 IDM 的生产模式向 Fabless 转化，近期由于 CIS 供需关系趋紧，索尼加强了与台积电的代工合作。