光学+摄像头产业链展望分析报告Word格式.docx
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第五轮是3D感知模组的引入,模组数量再度增加。
未来10年的光学升级,移动端将继续向AR升级,车载摄像头向高水准自动驾驶发展,安防、机器人、增强现实设备逐步兴起。
图1、手机摄像头的五轮创新
图2、未来10年的光学创新之路
光学的价值主要源自手机功能创新和车载摄像头的升级。
2007年至2015年,摄像头行业的增长动力主要来自于智能手机出货量的增长,在手机增长放缓的背景下,增长动力在2017年切换到双摄,2018~2019年3D感知助力,长期看AR及汽车电子将接力下一棒。
光学市场将从2016年的1668亿元增长到2019年的3243亿元,复合增长率为25%。
基于手机的市场约2412亿元,复合增长率27%;
除了手机之外,车载摄像头表象亮眼,市场占比达10.1%,复合增长率为49%。
表1、光学市场估算
2、双摄:
打开摄像头产业链新空间
手机双摄作为摄像头产业链目前最大的增长亮点。
2017年是进入应用爆发的年份,渗透率不断上升。
目前,主流品牌都已经推出双摄机型,未来双摄在高端机型基本标配,在低端机型由于成本因素选配。
双摄市场空间将从2016年的108亿元快速成长到2019年的1058亿元,复合增长率为114%。
2.1、国产品牌迅速崛起,产品差异化推动双摄
智能手机高速增长时代渐渐过去,市场存量时代以换机需求为主,开拓期主打性价比的圈地跑马策略已经失灵,在零部件涨价的“推力”与差异化战略“拉力”双重作用下,手机单价提升。
配备更好的拍照功能,或者搭载双摄,成为差异化途径之一。
手机品牌集中度提升,高像素化具有瓶颈全球角度看,全球市场集中度提高,同时国内品牌的地位越来越高。
2012年至2015年智能手机出货量迅速增长,增速放缓。
根据旭日大数据,2016年,全球智能手机top20品牌的出货量占总出货的比例约为80.4%,而到2017年上半年,这个比例接近95%。
2016年智能手机增速仅有2%,但HOV三家的增速有69%,国产品牌表现强势;
从销售均价上看,苹果远远高于其他机型,此外韩系三星、LG持续下滑,同时HOV在2016年同时呈现上升的趋势。
国内品牌的崛起,给国内摄像头产业链(舜宇、丘钛、欧菲光)提供了良好的下游基础。
图3、全球智能手机出货量按品牌分(亿台)
图4、智能手机销售均价(美元)
图5、智能手机出货量(亿台)
图6、国内手机销售Top5市占率格局
高像素占比迅速提升,但这个提升具有天花板。
根据IHS数据,从CIS出货数据分析,手机高像素镜头出货量占比越来越多,2017年13M及以上占比达到51%,8M以上占比达到78%,千万像素成为普遍现象。
此外,高端像素20M接近增长极限,目前的高像素主流机型继续进行提升像素提升的空间不大。
原因有二:
一、物理原因,因为在感光芯片面积不变的情况下,像素数量的提高使得单个像素对应的受光面积减小。
因此像素并非越高越好,这是为什么iPhone像素虽然相对于市面许多手机并不高,但成像质量一直饱受美誉的原因之一。
二、消费者原因:
像素高到一定程度,在5寸的手机人眼已经无法区别画质;
目前像素继续提升的唯一理由在于,消费者可能将这些照片放在2K、4K的屏幕上显示。
图7、高端机型并没有一味追求像素升级
图8、手持设备CIS出货量按像素分布(亿个)
双摄受品牌商推动,成本高是渗透的主要障碍双摄增长的初始动能还是来自供给端的推动。
消费者本身对于拍照会有更清晰的需求,但目前许多双摄效果还不是特别好,大众消费者尚没有明显偏好。
双摄更多的基于品牌商去推动,产品寻求差异化竞争,逐渐推动行业升级,拍照性能越来越好,在这个过程中消费者习惯被培养出来。
双摄的成本目前还是向低端机型渗透的主要障碍,高端机型搭载双摄占BOM比重大概从10%提升至15%,但对于低端机型这个比重可能高达20%。
以两款高端机型分析,从iPhone7plus开会时用双摄,前后摄像头总成本约38美元,占BOM表比重约15%左右,即使iPhone8用人脸识别,由于高端机型整机创新多,占比仍没有大变化;
从三星GalaxyS系列看,一直没有搭载双摄,摄像头占BOM表成本在10%左右。
低端机型bom表成本约150~200美元,双摄就要20~30美元,加上一个前臵5美元,这样占手机总成本超过20%,比重太高,这也是前面双摄趋势中千元机在压双摄成本的原因。
归根到底,成本问题决定了双摄渗透率的上限,即有一些低端机型可能始终不采用双摄。
短期内双摄成本下降有限,低端机型定价抬升有望推动双摄。
未来发展无非两种情况,双摄成本下降和低端机型往中高端走。
短期看,在电子零部件普遍涨价,整个双摄成本下降幅度很有限,因此行业呈现出来的是低端机型往中高端走,市场上千元机的数量越来越少,国产品牌定位逐渐上升,这是更利好整个行业的出路。
图9、摄像头占iPhone比重
图10、摄像头占GalaxyS比重
2.2、双摄的核心在于算法,方案与工艺呈现多样化
双摄的核心在算法,成像方案由算法决定,模组方案由工艺决定。
双摄的难点主要在两个地方,一个是与算法匹配的产品设计能力,这与最终的成像方案相关;
另一个是双摄的公差、一致性等生产工艺特性,这与双摄的模组方案相关。
双摄的核心在于算法,从ISP到模组设计和生产,都要围绕算法进行。
算法是关键技术之一,华为、苹果都有自己的算法,许多安卓厂会用第三方算法,ISP厂商也会去做算法。
图11、双摄方案设计和制造流程
成像方案:
长焦+广角与彩色+黑白无绝对优劣之分,二者并行成像+景深为最早的双摄方案,目前最主要的方案为彩色+黑白和长焦+广角两种,前者的代表是华为,后者则是苹果。
彩色+黑白方案:
彩色摄像头的每个像素只能获取一种颜色的信息,因而以每四个像素点为一组构成RGBG(或RGBW),并通过参考临近像素的颜色强弱用插值法还原物体颜色。
距离说明,一台1200万像素摄像头,首先以每4个像素获得1个像素的图像点得到300万像素的图像,再通过插值算法去还原成1200万像素的图像。
黑色摄像头主要用于提取物体轮廓和细节,由于不需要记录颜色,一方面没有用彩色滤光器,可以最大程度保留光的强度;
另一方面可以真正获得完整像素的图像,获取更丰富信息。
通过后面的梳理发现,2016年以华为为代表的国产双摄机型基本都采用该方案。
长焦+广角方案:
该方案使手机获得数码变焦的能力,获得了类似于单反的拍照功能。
所谓数码变焦本质上是一个裁剪功能,光学变焦才能真正实现焦距的改变。
单反相机的光学变焦,是利用镜片组改变焦距,但这对手机摄像头模组设计的复杂度、厚度和外观挑战都很大,因而通过双摄方案曲线救国实现。
用两个焦距不同的摄像头搭配,拍照时通过镜头切换和算法融合实现相对平滑的变焦。
长焦镜头能保证广角镜头因变焦而损失的图像信息远低于单摄像头的数码变焦。
以iPhone7Plus为例,配备一枚1200万像素、6.6毫米焦距、28mm等效焦距的长焦镜头,和一枚1200万像素、3.99毫米焦距、56mm等效焦距的广角镜头。
该方案由苹果率先采用,2017年以来越来越多国产机型开始跟随。
成像+景深:
通常由主摄像头捕捉图片信息,使用一颗较低像素的摄像头通过提取多张不同焦距的低像素照片以记录景深信息,最后通过算法来实现先拍照后对焦、背景虚化等功能,对算法的依赖较强。
表2、双摄成像方案对比
图12、彩色CIS成像说明
图13、数码相机光学变焦通过镜片组的移动
双摄主流之争:
彩色+黑白与长焦+广角没有必然的优劣选择。
原本方案在成像+景深和彩色+黑白两种之间,苹果开始使用长焦+广角后,金立M2017开始跟随后,不少国产机型都跟进。
长焦+广角方案对算法依赖较大,苹果的长焦+广角方案可以实现完美切换,我们认为算法的不断改进是可以预见的,未来长焦+广角方案也能越来越多的普及,手机逐渐具备比拟单反的景深效果;
彩色+黑白方案在光线较暗的情况下拥有优越性。
二者竞争的关键在于消费者更注重优秀的变焦能力还是优秀的夜间拍照能力(以及厂家的路径依赖),苹果的方案基于对单颗12M成像质量的自信,另一颗摄像头用于组合来变焦;
华为的方案基于对单颗摄像头成像质量的不满,以两颗获取尽可能多的信息,甚至造成部分重复信息。
我们的判断是两者没有必然的优劣选择,优秀的像素和算法使得旗舰机双摄成像质量在大众消费者之间难以辨别,如果非说有,长焦+广角的单反效果更吸引人一点。
双摄下沉,成像+景深和彩色+黑白为千元机首选。
千元机搭载双摄偏好以较高像素的主镜头,配以2M或5M的副镜头去记录景深信息,达到降低成本的作用。
模组方案:
共基板更难,共支架利好设备商共基板的方案更难,良率更低;
但共支架良率比较高,但对AA设备需求也较多。
共基板带来的挑战是如何克服技术困难,并且提高良率的过程;
共支架带来的挑战则是需要更多的AA设备,资本投入要求高。
我们判断对于二线模组厂而言,前者的进入壁垒更高,后者要求投入,只要行业具有利润、有空间,厂商总是会去投入和开拓。
这样意味着利好AA设备提供商。
除了这种方案以外,Oppo在今年MWC上提出潜望式双摄方案值得关注。
长焦镜头横向排列与广角镜头形成垂直布局,由特殊的光学三棱镜让光像折射进入镜头组实现成像,能够实现5倍光学变焦,整套模组厚度为5.7mm,比普通2倍光学变焦模组降低10%,预计成本也会比普通模组贵一两倍。
表3、双摄模组方案对比
图14、双摄模组支架与基板
图15、Oppo潜望式双摄方案
2.3、双摄的渗透如火如荼,镜头和芯片龙头优势最大
2016年被认为是双摄元年,2017年双摄真正爆发,那么站在目前时点,需要思考如下三个问题:
1、双摄到底走到什么程度,我们怎么去认识双摄的市场空间?
2、双摄的发展趋势是什么?
3、在这样的市场空间和发展趋势下哪些厂商最受益?
市场存量时代以换机需求为主,开拓期主打性价比的圈地跑马策略已经失灵,在零部件涨价的“推力”与差异化战略“拉力”双重作用下,手机单价提升。
以国产机为例,今年魅族、红米均出现涨价,oppo和vivo本身定价中高端,华为P10入门级也要3500起。
去年国产机大卖,国产机型逐渐确立了HOVM的主导地位,今年苹果大年和三星携Note8回归,整体机型创新力度超前,手机价值量提升,对拍照性能的要求也不断上升,双摄成为重要激发点。
双摄的渗透如火如荼,市场空间迅速打开双摄的市场空间确实正在迅速打开,双摄机型雨后春笋般遍布。
我们在四月份的水晶光电深度报告《双摄驱动量价提升,人脸识别打开新空间》曾经对市场上各品牌采用双摄恭喜的渗透率进行简单的估算,站在现在的时点我们重新将201年以来所有的双摄机型进行梳理,双摄是短期内光学最确切的发展趋势。
苹果:
最具示范效应的王者。
iPhone7plus无疑是引导双摄市场最有效的示范机型,意味着双摄元年的到来和双摄开始大规模渗透的开始。
三星:
双摄后发先至。
三星在8月23日发布了Note8,首次采用双摄,采用12MP+12MP,长焦+广角,双光学防抖,配臵很高。
三星Note8双摄的CIS由索尼和三星供应,镜头由SEMCO和Sekonix、大立光生产,摄像头模组来自SEMCO和MCNEX。
三星踏出双摄第一部,预计将双摄扩大使用在中端机型上。
三星S7的累计销量约5500万台,Note7初期销售火爆,预计Note8能达到数千万的体量,明年更多终端机型搭载双摄,三星的双摄即将后发先至。
华为:
国产机双摄的坚定推行者。
华为是采用双摄最为积极的厂商,主力P系列和mate系列,以及荣耀品牌下的荣耀系列、荣耀V系列、荣耀Note系列,以及荣耀magic,新机型经均清一色地采用双摄。
华为出货量为国产品牌第一,搭载双摄又最积极,因此绑定华为大客户对于模组厂来说获益巨大。
华为双摄模组一直以来主要由舜宇和光宝供应,欧菲光也逐渐进入。
图16、2017Q1国内后臵双摄手机保有率Top15
图17、2017Q1国内主流后臵双摄手机销量(万台)
OV:
切实提高拍照性能。
Oppo和Vivo都是注重拍照性能的手机,但是在双摄方案上的采用大相径庭,Oppo较为谨慎,直到今年的旗舰机R11才搭载,参考OppoR9等旗舰机上千万的销量,后市也被看好;
Vivo从去年开始出的所有旗舰机型都有双摄,深受消费者欢迎。
小米:
低价双摄的践行者。
小米的首款双摄机型是红米pro,双摄模组来自丘钛和舜宇。
由于台湾华晶起诉欧菲光双摄专利问题,目前红米pro已经下架。
小米后续机型的双摄都由不同供应商来做。
小米也是双摄的坚定拥护者,从主力机型到千元机均搭载双摄。
金立:
大胆尝试双摄方案。
金立在双摄布局的大胆体现在用新技术方面,2016年底推出的M2017是国内第一个用长焦+广角方案的手机,2017年推出的S10是国内首个用前后双摄的手机。
贡献1%渗透率。
其他品牌:
魅族双摄出得比较晚,2017年7月份才出第一款双摄机型魅族Pro7,双屏双摄旗舰机型,9月份出了款双摄千元机魅蓝Note6。
LG的旗舰机G系列和V系列、锤子、中兴、一加、360等也都有搭载双摄的旗舰机型。
表4、2016年以来双摄机型梳理
备注:
为方便计算,本文后面不区分前臵双摄和后臵双摄,统一作为双摄手机处理
双摄2017年渗透率约20%,将进入快速成长期。
根据我们的测算,双摄在2017年的渗透率约20%,2018年、2019年的渗透率分别为40%和51%,届时双摄将非常普及。
双摄市场单价约120元,2016年双摄市场规模约108亿元,2019年则达到1058亿元,复合增长约114%。
表5、双摄手机数量测算(亿台)
双摄的发展趋势:
高端化走非像素升级,低端渗透走低成本控制我们在表中梳理了44款双摄机型,发现现在像素已经无法体现出双摄手机价位的区别,更多的在非像素因素上的区别,高端机型通过OIS、光学防抖、大光圈、大像素等获取差异化特点。
1、所有品牌旗舰机都开始搭载双摄,2017年可以认为是双摄真正爆发的一年。
2、双摄向千元机渗透,选择低成本方案。
诸如中兴、小米、华为、锤子等都是双摄千元机推动者。
入门机型搭载双摄的特点在于,会在其他地方尽量压缩成本诸如双摄光圈相对较小、镜片采用5P等。
3、国产机型双摄以彩色+黑白为主导,长焦+广角逐渐出现。
彩色+黑白方案达到20款,占比约一半。
但2017年以来,长焦+广角的机型开始逐渐增多。
说明方案在往高端走。
4、弱化像素升级,通过非像素升级寻求差异化。
由于两个摄像头的缘故,双摄的像素并没有一味采用20M及以上的高像素,大多在12~13M,双摄进一步弱化了像素升级的因素,但双摄摄像头依然涌现了大量6P需求。
OIS和光学变焦成为高端机型的差异化优势(双摄一般只有主摄像头能做OIS,难以两个摄像头都做OIS,否则两个OIS会互相干扰,难以同步进行)。
谁在受益?
模组竞争激烈,镜头和芯片龙头优势最大双摄模组市场竞争较为激烈。
可以发现,几家品牌商与几家模组大厂均有合作,一个机型的前臵摄像头和后臵双摄经常都是不同的模组厂来供应的,说明模组市场竞争比较激烈。
同时,国产机型的双摄模组的技术壁垒和认证壁垒并不高,彼此之间竞争靠的是产品质量和价格。
但梳理出来的后臵双摄往往都是几个大模组厂拿,小厂商的生存空间将进一步被压缩。
从模组厂的角度而言,舜宇、SEMCO在中高端机型,丘钛在低端机型具有先发优势。
苹果的双摄供应链比较特殊,是由LGInnotek提供两颗单摄模组,在富士康完成共支架组装。
除此之外,先发优势最明显的为舜宇、SEMCO、丘钛。
舜宇和SEMCO主要供应中高端机型,丘钛在低端机型和二线品牌具有较大市占率。
欧菲光供应的许多模组为前臵摄像头,双摄发力稍慢于竞争对手,换个角度看这也可能是欧菲光成长的潜在空间。
最具竞争优势的是大立光的镜头和索尼的芯片。
尽管双摄的像素已经不再提高,但大多双摄还是用上了6P镜头,而这其中大部分是来自大立光,因此大立光具有得天独厚的优势。
此外就是索尼的CIS芯片,厂家会以拿到索尼的高端芯片作为宣传点。
3、3DSensing掀起下一波风潮
2017年为人脸识别元年,原因在于包括方案、供应链、成本等方面的技术成熟。
巨头早在2004年就开始从事专利申请等相关布局,然而人脸识别真正启动等到了2017年,主要是因为技术成熟。
我们认为技术成熟包括三个方面,即方案成熟、供应链成型、成本可控。
iPhone前臵实现3D感知需要RGB摄像头+发射端+接收端,新增的发射端+接收端成本约在10~15美元。
表6、3DSensing价值分析(美元)
3.1、3D感知方案成熟成本可控,东风已至
3D相机方案成熟,TOF与结构光主要区别在于算法,核心部件相同,窄带滤光片均受益。
3D相机方案已经具有多种应用方案,包括TOF、双目识别、结构光(含固定式和可编码式)。
双目识别属于被动式方案,不需要激光源,精度低,效果较差,比较不被看好。
TOF和结构光为未来手机端搭载3D相机的主要选择。
结构光是利用图像传感器获得光源投射到物体表面的图案机构,利用三角原理计算三维坐标;
TOF则是利用计算从光源到物体、再到接收端的时间进行测距,逐点计算测量相位差以获得物体表面信息。
虽然二者解码原理不同,但其所需要的核心部件基本相同,包括发射端的红外光源、微透镜;
接收端的透镜、窄带滤光片、传感器等。
其中最核心的是人脸识别传感芯片,大客户已经能将其成本做到仅占整机成本约3~4%。
表7、3D相机方案对比
图18、结构光方案描述
图19、TOF方案描述
大部分零部件属于成熟行业,供应链整体拥有量产能力。
国际大客户预计今年采用结构光方案进行人脸识别,我们以结构光方案为基础分析人脸识别产业链格局和利益分配。
VCSEL光源、CMOS和IR传感器均由传统的国际大厂主导,工艺能力强,格局较稳定。
DOE、镜头等光学元器件产业和工艺均较为成熟,不会成为产能短板。
虽然除了核心人脸识别传感芯片,主要限制应该在WLO和窄带滤光片,但相应行业龙头也具备量产能力。
终上所述,大部分零部件均为成熟产业,产业链整体具备供给能力,水晶光电所提供的窄带滤光片为主要产能限制之一,处于产业链相对优势的地位,保持一定议价能力。
图20、结构光方案产业链分析
图21、PS1080景深算法芯片介绍
图22、发射端和接收端结构示意图
人脸识别成本可控,预计未来发展路径仿照指纹识别。
产业链上观察,整套人脸识别方案预计不会超过10~15美金,占Iphone7的BOM表约7%;
2013年Iphone5S开始搭载指纹识别模组,但是指纹识别模组成本也在15美元,占其BOM表大概同样为7%。
随着领导厂商导入后,产业链活性增强,供需两旺的情况下推动出货量迅速拉升与价格迅速下降的现象,供应链由于享受产品放量的收益,终端厂商用较低成本增加功能,双方共赢,我们判断相同逻辑适用于人脸识别。
指纹识别方案核心在于指纹识别传感芯片,占成本过半;
人脸识别同样是核心传感芯片占比过半,也是未来主要降价空间。
图23、指纹识别导入智能手机价格与出货量分析
图24、人脸识别方案成本构成
历代iPhone的前臵模组一般由环境光传感器、近距离传感器和前臵RGB摄像头构成。
光传感器用于获取环境亮度以智能调节屏幕亮度。
近距离传感器用于检测人脸与手机、或者大腿外侧与手机间的距离,节能省电,避免误触。
前臵摄像头用于自拍和视频通话。
预计iPhone8的前臵模组将添加红外生物识别传感器的发射端和接收端模组。
表8、历代iPhone前臵模组介绍
镜头这块一般由传统镜头厂商供应,设计有可能与前臵RGB摄像头共用一个镜头。
不过今年国际大客户的前臵RGB与接收端镜头是分开的。
3.2、发射端是光学模组主要增量,海外厂商优势大
发射端(LDM)是光学模组主要价值增量,主要由激光光源VCSEL(1.5美元)、晶圆级光学镜头WLO(1~2美元)、衍射光学元件DOE(2~3美元)组成,其中,WLO中会整进窄带滤光片(0.1~0.2美元)。
今年国际大客户这块模组供应商为LG和夏普,LG为主力供应商。
整个模组工作原理为:
VCSEL发出940mm的、发散的点激光,经过WLO作为准直镜头(含窄带滤光片)转化为平行束,再经过DOE打出衍射的散斑图案。
图25、3D感知接收端模组结构示意图
VCSEL:
垂直发射光源,海外光通讯大厂优势明显VCSEL单价贵于LED、LD,可通过大规模量产降低成本。
VCSEL全名是垂直共振腔表面放射激光,简称面射型激光,激光光束是从磊晶正面发射,光束与表面垂直。
预计单机VESCEL的价值量约1.5美元。
VCSEL的垂直结构更适合使用晶圆级制造和封测,并且规模量产之后具有成本优势。
VCSEL性能更优,逐渐替代了LED成为主流选择。
发射光源包括两种,一种是边发射的(如LD),一种是垂直的(如VCSEL),前者一般波长较长,用于信息传输;
后者可以通过压缩垂直腔体的容积用于体积较小的应用中,垂直类型的更适合作为3D感知的发光源。
早期3D感知经常使用LED作为光源,此外三星的虹膜识别用的是红外LED。
LED光源可以提供大角度散射光,照射范围比较广以捕捉消费者的虹膜。
但红外LED的光纤指向性、功耗、响应速度均较差,要捕捉人脸3D感知扫描结果不够精准。
VCSEL在3D感知领域性能优于LED,逐渐替代了LED成为主流选择。
表9、主流近红外光源对比:
VCSEL、发光二极管(LED)、激光二极管(LD)
图26、VCSEL结构示意图
图27、三种激光源光形对比
VCSEL主要进入壁垒在于资质认证和量产能力,海外光通讯大厂龙头优势明显。
目前VCSEL领域主要厂商为光通讯芯片领域的国外大厂,包括Lumentum、Finisar、II-VI、PhilipsPhotonics等,其中Lumentum是VCSEL全球领先的供应商,供应今年国际大客户新机型3D感知模组的激光源。
光通讯大厂在技术层面和量产层面完全能够满足消费级市场的需求,能够达到技术要求和量产能力。
这些大厂会与晶圆代工厂及下游的封测厂进行合作。
台湾稳懋是全球化合物半导体晶圆代工厂龙头,已经与多个ID
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