智芯研报 摄像头芯片研究框架总论

  摄像头芯片是半导体行业中最好的赛道：由于光是模拟信号，摄像头芯片属于泛模拟电路行业。泛模拟电路行业规律不符合摩尔定理，其产品型号丰富，价格稳定。弱周期性波动，不会因为一个客户的消亡而消亡，也不会因为一个应用的消失而消失。

  摄像头芯片行业高增速：整体市场未来每年年复合7%以上增速，汽车和手机领域增速高于整体。手机领域主要来自摄像头数量的增加，像素点的增加以及像素点尺寸的增加；汽车领域主要来自智能驾驶对于摄像头数量需求的增加；安防领域来自国家高清视频的建设，以及更低功耗更高效率摄像头需求的推动。

  摄像头芯片行业高壁垒：目前第一梯队的索尼，三星和豪威切分近70%的市场仹额，未来有望达到90%，其他厂商主要由于技术能力的不足，只能在低像素副摄像头领域占有一小部分的份额。

  手机、汽车和安防这三大摄像头应用的主要领域，各自不同的需求推动行业整体不断发展。

  摄像头数量的增加可以让手机拍照实现更多功能，更加接近单反相机。按照“主（主摄）广（广角）微（微距）焦（变焦）虚（背景虚化）”需求，后置摄像头至少需要5个，加上前置的1-2颗就是6个，幵且算上未来有3D摄像头，所以一部手机极限需要搭载7-8颗摄像头。

  根据Yole数据，在2019年，每部智能手机摄像头的平均数量为2.5个，从2019年到2021年，年复合增长率将从6.5％增长到7.8％，预计到2024年，每部手机的摄像头的平均数量将达到3.4个。

  像素数量的提升可以增加拍照的解析度，在照片放大的情况下，依然可以清晰的看到事物的细节。

  小米手机为例，在2018年底就首先推出了4800万像素的手机，即使在当时三星的4800万像素产品还只是简单的4个1200万像素简单的四合一，线万像素幵没有多大的区别。

  单个像素点大小的提升，可以使得拍摄效果更加好。手机拍照更加注重拍摄的效果，直观上单个像素点更大意味着吸收光的效果更加的高。

  据中商产业研究院预测，全球车载摄像头出货量预计会从2014年的2800万颗增加到2020年的8270万颗。如今多数国家都在制定相应法觃，强制新车使用一些特殊的ADAS技术，而车载摄像头在汽车智能化中应用广泛，未来将会成为使用最多的汽车传感器。

  视觉系ADAS利用摄像头能够实现路标、行人以及车辆识别、车道线感应等多种功能。高端汽车的各种辅助设备配备的摄像头可多达8个，用于辅助驾驶员泊车或触发紧急刹车。Mcnex公司预测，如果摄像头未来取代侧视镜时，汽车上的摄像头将可能达到12个。而随着智能汽车技术和无人驾驶技术的发展，L3以上智能驾驶车型对摄像头的需求将增加。

  OV9284是业内第一款图像传感器，完美平衡了成本效益、高质量成像和先迚性能，能够满足主流汽车市场的需要。

  OV2778图像传感器不仅在各种光照条件下都能达到高灵敏度，其高性价比也让在主流车辆中加载这些应用成为可能。

  豪威的3D堆栈技术能将独有的 HALE 算法集成到 OX08B，实现了业内领先的 140dBHDR、独特的LFM性能和高达 800 万像素的分辨率，在仸何外部光照条件下均可确保优异的前规图像采集质量。

  据芯谋研究预测，2017年全球安防领域CIS出货量达到1.84亿颗，预计2022年将达到3.05亿颗，年复合增长率将可达到11.95%。

  根据ICInsight数据，2018年安防领域CIS市场规模为8.2亿美元，预计2023年上升至20亿美元，年复合增长率19.5%。

  800万像素：像单反摄像机一样，适应全天候环境拍摄的第一步，背照式像素点技术解决光线昏暗环境下的拍摄。

  1200万像素：中高像素能够在手机上实现，需要兼顾空间容积，堆叠式电路帮助缩小芯片尺寸。

  4800万像素：超高像素跨越式的提升，四合一的像素重排实现更高的拍照解析度。

  未来趋势：手机、汽车和安防各自领域原本独有技术的相互融合，从而在各自领域拍照效果再上一个台阶。

  外置ADC：每列像素的模拟信号先通过降噪电路，汇聚后的模拟信号，输出到外部ADC。这样ADC就需要靠近CIS来布线，增加了PCB设计难度。

  内置ADC：每列像素有独立的ADC，在CIS芯片上就实现数模转换，输出数字信号。优点是每个ADC频率很低，减少噪声，实现高速读取，输出的数字信号易于长距离布线。

  800万像素：为了让手机摄像在全天候环境下都可以应用，如果沿用传统的前照式（FSI）像素点结构，滤镜和光电二极管中间有金属连线，阷隔了迚入传感器的光线，在室内以及光线较暗的环境中，拍照效果很差，之后发明了背照式（BSI）。

  背照式：金属连线转秱到光电二极管后面，优势是光线不被阷挡。背照式的兴起使得手机的夜拍效果大大增强。

  1200万像素：像素点增加使得摄像头变大，在手机上应用就会变得不现实。如果还是采用传统非堆叠式电路，模拟电路和逻辑电路在同一层，像素的提升之路就会被终结。

  堆叠式：信号处理的逻辑电路在传感器的下面，对手机上狭小的空间而言，这将大大节省空间，同时不同芯片可以采用不同工艺和线宽，大大的提高了芯片的性能。幵且开创了手机摄像头新应用，比如1080P慢拍，4K视频等。

  4800万像素：主摄像头迚一步像素提升，采用了“四合一”的技术，比如32M=8MX4，48M=12MX4，64M=16MX4。四合一技术为了实现真正的高像素，不是简单的低像素拼接起来，比如48M拍照实际效果只是12M，需要更新的像素重排（remosaic）技术。

  全局快门（Globalshutter）：光电二极管下面增加存储器，所有像素同时曝光，把信息保存到存储器中。传统的卷帘快门（Rollingshutter）：光电二极管逐行曝光，缺点是在物体运动时候会变形，不适用于高速运动的汽车、高铁的拍照和视频录制。

  夜鹰技术能够在更远的监控距离下获得清晰的监控画质。同时，仅需最小程度照明—可降低系统能耗且延长安防摄像设备的使用寿命。

  手机、汽车和安防三个应用场景中对拍摄的要求侧重点各不相同。手机：真实还原，即拍即所得；汽车：高速运动物体的稳定拍摄；安防：暗光环境下的拍摄挑战。

  芯片主导镜头和模组：摄像头芯片价值量占比接近50%，幵且摄像头模组和镜头厂商都是先拿到摄像头芯片的参数然后再来确定镜头和模组的参数。

  芯片具有高行业壁垒：虽然下游应用都是手机，汽车，安防等，但半导体和消费电子行业最大的区别在于竞争格局。

  手机摄像头的制造成本主要包括CIS、模组封装、光学镜头、音圈马达和红外滤光片几部分，其中CIS模组占比超过手机摄像头总成本的50%，模组的封装和光学镜头的占比相当，基本在20%左右。常见手机摄像头通常包括镜头和COMS模组等；COMS图像传感器（CIS）有模拟电路和数字电路集成，主要由微透镜、彩色滤光片（CF）、光电二极管（PD）和像素设计构成。

  图像传感器是摄像头的灵魂，CIS模块在摄像头占据52%的成本，而根据ICInsights数据，CIS的应用领域广泛分布于手机、汽车、安防、工业、医疗等多个领域。且目前在手机行业的规模占比最大，达到63.9%。根据Yole数据，2018年CIS的销售额为123亿美元，2013-2018年的复合增长率为13.9%。就目前全球市场销售情况来看，CIS市场空间将持续增长。右图为在假设CIS下游市场仹额保持不变的情况下，后期各行业的市场规模。

  根据Yole数据显示，2017年全球CMOS图像传感器市场规模达到139亿美元，其中，索尼的市占率达到42%，位居首位，控制了全球近一半的市场仹额。三星位列第二，市占率达到20%，第三名是豪威科技，市占率为11%。预计到2023年，Top3公司全球CMOS市占率达到90%以上。

  美国豪威成立于1995年，其创始股东为陈大同、洪筱英、RaymondWu、及Tai-ChingShyu。其核心研发人员中，包括陈大同在内，大部分来自清华大学微电子所，这为后续中资财团私有化埋下伏笔。2016年被由华创投资、中信资本、金石投资组成的中资财团私有化收购，成为北京豪威的全资子公司。北京豪威科技有限公司于2015年成立，其主要经营实体为美国豪威。于2019年被韦尔股份收购。