圖像傳感器迎來(lái)了黃金時(shí)代

物聯(lián)網(wǎng)時(shí)代到來(lái)的大背景下，CMOS圖像傳感器是一個(gè)極具活力與成長(zhǎng)性的半導(dǎo)體細(xì)分市場(chǎng)。尤其在汽車、安防、工控等領(lǐng)域，具備較大提升空間，能夠接力手機(jī)領(lǐng)域，成為后續(xù)增長(zhǎng)主要?jiǎng)恿?。預(yù)計(jì)2018年全球CMOS傳感器銷售額將達(dá)到137億美元，同比增長(zhǎng)10%;2017-2022年出貨量CAGR達(dá)11.7%。至2022年，CMOS傳感器的全球銷售額將達(dá)到190億美金。

▌ 百億美金CMOS傳感器市場(chǎng)，增勢(shì)強(qiáng)勁

變“光”為“數(shù)”，圖像傳感器精密而關(guān)鍵

圖像傳感器是當(dāng)今應(yīng)用最普遍、重要性最高的傳感器之一。其主要采用感光單元陣列和輔助控制電路獲取對(duì)象景物的亮度和色彩信號(hào)，并通過(guò)復(fù)雜的信號(hào)處理和圖像處理技術(shù)輸出數(shù)字化的圖像信息。

圖像傳感器中的感光單元一般采用感光二極管(photodiode)實(shí)現(xiàn)光電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。感光二極管在接受光線照射之后能夠產(chǎn)生電流信號(hào)，電流的強(qiáng)度與光照的強(qiáng)度成正比例關(guān)系。

終端應(yīng)用爆發(fā)，CMOS傳感器5年CAGR10%以上

CMOS傳感器今年銷售額有望達(dá)到137億美金，同時(shí)其出貨量將繼續(xù)保持10%以上年均增速。

得益于車載應(yīng)用、機(jī)器視覺、人臉識(shí)別與安防監(jiān)控的快速發(fā)展，以及多攝像頭手機(jī)廣泛普及，CMOS圖像傳感器市場(chǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大。

根據(jù)ICInsights統(tǒng)計(jì)，2017年全球CMOS圖像傳感器銷售額為125億美元，同比增長(zhǎng)19%;預(yù)計(jì)2018年將達(dá)到137億美元，同比增長(zhǎng)10%。預(yù)計(jì)2017-2022年出貨量CAGR達(dá)11.7%，銷售額的CAGR為8.8%。

至2022年，CMOS傳感器的全球銷售額將達(dá)到190億美金。

手機(jī)是CMOS傳感器的最大應(yīng)用市場(chǎng)，汽車、安防等新應(yīng)用領(lǐng)域高速成長(zhǎng)。

2017年手機(jī)用CMOS傳感器市場(chǎng)規(guī)模占整體應(yīng)用市場(chǎng)的62%，達(dá)77.5億美元，預(yù)估2022年手機(jī)CMOS傳感器的市場(chǎng)營(yíng)收規(guī)模將可達(dá)86億美元。

而在未來(lái)幾年，汽車、安防監(jiān)控、醫(yī)療、玩具/電玩與工業(yè)等將成為帶動(dòng)CMOS傳感器高速發(fā)展的主要?jiǎng)恿Α?/p>

1)安防監(jiān)控領(lǐng)域: 安防監(jiān)控離不開視覺信息的獲取，必須依賴圖像傳感器，隨著整個(gè)安防監(jiān)控行業(yè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，預(yù)估到2020年該領(lǐng)域CMOS圖像傳感器的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到9.12億美元，占到行業(yè)市場(chǎng)份額的6%。

2)汽車電子領(lǐng)域: 是圖像傳感器增長(zhǎng)最快的細(xì)分市場(chǎng)，近年來(lái)CMOS圖像傳感器已經(jīng)安裝在汽車倒車影像、防碰撞系統(tǒng)之內(nèi)，而由于未來(lái)的新車將標(biāo)配ADAS(高級(jí)駕駛輔助系統(tǒng))，以及自動(dòng)駕駛技術(shù)的發(fā)展，汽車廠商將會(huì)為自家車輛產(chǎn)品導(dǎo)入更多攝像頭來(lái)獲取外界信息。

而每增加一個(gè)攝像頭，就需要增加一塊CMOS傳感器，所以車載應(yīng)用將是CMOS圖像傳感器各主要應(yīng)用市場(chǎng)中增速最快的方向。

根據(jù)YOLE的最新預(yù)測(cè)，車載圖像傳感器市場(chǎng)空間將從2016年的22億美金增長(zhǎng)至2022年的77億美金，是車用傳感器(包括各類雷達(dá)、壓力傳感器、慣性傳感器等)中增長(zhǎng)最快、占比最高的細(xì)分產(chǎn)品。

同時(shí)，汽車市場(chǎng)也將成為僅次于手機(jī)的第二大CMOS傳感器應(yīng)用領(lǐng)域。

3)醫(yī)療/科研領(lǐng)域: 以往醫(yī)療和科研領(lǐng)域主要使用CCD傳感器，隨著技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)今醫(yī)療和科研領(lǐng)域則在謀求使用成本更低效果更好的CMOS傳感器來(lái)替代大部分老舊產(chǎn)品，這一應(yīng)用領(lǐng)域預(yù)計(jì)有34%年復(fù)合增長(zhǎng)率，2020年銷售額8.67億美元。

4)工業(yè)系統(tǒng)領(lǐng)域: 隨著機(jī)器視覺的發(fā)展，越來(lái)越多的工業(yè)生產(chǎn)線會(huì)引入圖像傳感器來(lái)提高生產(chǎn)效率和質(zhì)量，預(yù)計(jì)該領(lǐng)域年復(fù)合增長(zhǎng)率18%，2020年銷售額8.97億美元。

場(chǎng)景升級(jí)提出新需求，CMOS傳感器加速演進(jìn)

在CMOS傳感器的應(yīng)用場(chǎng)景不斷豐富、終端對(duì)性能的需求不斷加碼的背景下，CMOS傳感器正在加速技術(shù)迭代，各大廠商頻頻發(fā)布新的“黑科技”。

以成像質(zhì)量(尤其是弱光環(huán)境)、成像速度這兩大基本需求為例，業(yè)內(nèi)已提出了豐富的解決方案:

1)弱光環(huán)境下的成像能力對(duì)手機(jī)、相機(jī)和行業(yè)應(yīng)用圖像傳感器來(lái)說(shuō)都是一個(gè)很重要的能力，尤其是需要全天候運(yùn)作的安防與車載圖像傳感器。

業(yè)界通用的解決方法就是提升傳感器面積和進(jìn)光量，加大單位像素面積。除了這種通法之外，還有使用BSI-CMOS(背照式CMOS圖像傳感器)和近紅外光技術(shù)兩種方法。

2)高速傳感器能更好的拍攝移動(dòng)中的物體，提供多幀降噪、慢動(dòng)作視頻拍攝和減少畫面失真等功能，對(duì)手機(jī)拍照、交通監(jiān)控和汽車自動(dòng)駕駛領(lǐng)域有重要意義。

當(dāng)相機(jī)、被攝對(duì)象之間存在高速相對(duì)位移時(shí)(如拍攝高爾夫球揮桿動(dòng)作、在行駛的車輛上拍攝路邊的燈桿等)，畫面會(huì)出現(xiàn)直線發(fā)生彎曲、圖像邊緣模糊、部分畫面曝光錯(cuò)誤等問題，這就是果凍效應(yīng)。而果凍效應(yīng)的根源就是感光元件無(wú)法做到快速采集全部像素，因此，高速傳感器應(yīng)運(yùn)而生。

針對(duì)果凍效應(yīng)，目前業(yè)界給出兩種解決方案:一種是面對(duì)手機(jī)等消費(fèi)類電子領(lǐng)域推出的配備DRAM的三層堆棧式圖像傳感器，通過(guò)在傳感器上集成的DRAM直接儲(chǔ)存數(shù)據(jù)來(lái)完成高速攝影和拍照。

另一種是面對(duì)行業(yè)應(yīng)用推出的全局快門傳感器，相比逐行曝光的傳統(tǒng)滾動(dòng)快門傳感器，全局快門能整個(gè)傳感器同時(shí)曝光來(lái)擷取不失真的運(yùn)動(dòng)物體圖像，這對(duì)機(jī)器視覺和安防領(lǐng)域有重大意義。

除了對(duì)成像質(zhì)量和成像速度的要求外，還有在醫(yī)療領(lǐng)域需要的小型化(豪威的醫(yī)用內(nèi)窺鏡CMOS傳感器僅0.5mm見方);在汽車領(lǐng)域需要的高可靠性高靈敏度;物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域大范圍應(yīng)用所需要的低成本等。在技術(shù)演進(jìn)和需求升級(jí)的共同推動(dòng)下，CMOS傳感器快速演進(jìn)。

▌ 索尼/三星/豪威三巨頭領(lǐng)跑，國(guó)內(nèi)廠商主攻中低端市場(chǎng)

CMOS傳感器屬于典型的可以進(jìn)行大規(guī)模批量生產(chǎn)的半導(dǎo)體產(chǎn)業(yè)，規(guī)模效應(yīng)明顯，需要較大的前期投入才能產(chǎn)出結(jié)果，這也導(dǎo)致了這一行業(yè)強(qiáng)者恒強(qiáng)。

目前CMOS傳感器廠商有數(shù)十家，但是據(jù)YOLE的統(tǒng)計(jì)，在2016年行業(yè)前三的廠商索尼、三星、豪威的市場(chǎng)占有率之和達(dá)到了72%，市場(chǎng)集中度高。索尼穩(wěn)坐CMOS傳感器市場(chǎng)頭把交椅，三星和豪威緊隨其后。

據(jù)YOLE統(tǒng)計(jì)，行業(yè)龍頭索尼在2016年占據(jù)了42%的市場(chǎng)份額，產(chǎn)品涵蓋各個(gè)消費(fèi)類電子到各類行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，主攻高端市場(chǎng)，技術(shù)實(shí)力最強(qiáng)。

其次是三星，主攻消費(fèi)類電子市場(chǎng)，多是自產(chǎn)自銷，在技術(shù)上緊追索尼，已經(jīng)可以提供與索尼同級(jí)別的CMOS產(chǎn)品，但三星的CMOS在行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域相對(duì)較少。第三位豪威科技，在行業(yè)應(yīng)用上有很深的積累，尤其是在車載CMOS領(lǐng)域，市場(chǎng)占有率高過(guò)索尼。

在下游各領(lǐng)域的旗艦和主流產(chǎn)品中，絕大部分采用了三巨頭的CMOS傳感器方案。

可以看到，近期市場(chǎng)熱門的幾款手機(jī)都是采用索尼、三星與OV的CMOS傳感器，這三家廠商把持著大部分消費(fèi)類電子領(lǐng)域CMOS傳感器的市場(chǎng)份額。

而在汽車和安防等行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域一般都是選用安森美，OV與索尼三家的產(chǎn)品，三星的CMOS一般只見于自家的終端產(chǎn)品上。

除了占據(jù)主流市場(chǎng)的三巨頭外，還有定位于特高端、低端市場(chǎng)的兩類玩家。但在市場(chǎng)規(guī)模以及下游客戶群方面，都無(wú)法和主流市場(chǎng)相媲美。

國(guó)內(nèi)CMOS廠商:主要面向中低端市場(chǎng)，積極發(fā)展自主技術(shù)

總體來(lái)說(shuō)，國(guó)內(nèi)的CMOS傳感器廠商在規(guī)模和技術(shù)上與國(guó)外廠商還存在一定的差距，產(chǎn)品主要用于中低端消費(fèi)類電子領(lǐng)域。但是，一些國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的CMOS傳感器廠商如思比科、格科微等，依托自主核心技術(shù)，正逐步擴(kuò)大份額、向中高端市場(chǎng)滲透。