图像处理芯片专题分析报告.docx
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图像处理芯片专题分析报告
图像处理芯片专题分析报告
得视频者得天下
图像处理行业潜力无限中国厂商有望加速超车
行业观点
⏹本篇报告主要研究图像处理芯片行业状况,涉及到的芯片有两种:
传感器芯片(CIS,光信号转为电信号)与视频处理芯片(处理数字信号)。
⏹CMOS传感器(CIS)逐步代替CCD传感器成为主流
▪根据ICinsight2016年报告,2016年全球图像传感器市场规模约为116亿美金,到2021年预计为170亿美金,CAGR=10.27%,销售数量CAGR=13.6%。
99%以上为CIS产品。
▪得技术者得天下。
CIS微架构方面改进是在纳米级别,技术门槛高。
索尼、三星以42%、18%市场份额领跑行业。
中资控股的豪威科技(北京)具有CIS稀缺技术储备,有望利用大陆市场实现快速发展。
▪三驾马车拉动下游需求。
多摄智能手机、3D感测、无人驾驶汽车是拉动需求的三架马车,我们预测这三项对于CIS未来三年需求将达到34亿、39亿、45亿颗,YoY分别为12%、15%、15%。
⏹视频处理芯片中国已经占领半壁江山
▪目前估计全球视频处理芯片市场规模约为30亿美金,其中安防领域5亿美金左右。
预计到2022年整体将达到55亿美金,4年CAGR约为16%,其中车用视频增速最快,安防次之。
中国厂商海思半导体、富瀚微等已经崛起,安霸等国外厂商面临严峻竞争压力。
▪成长动力充足,有望量价齐升,:
量:
首先终端视频设备数量持续增加,包括手机、专业\家用摄像头等;价格:
1)图像处理质量能力提升2)视频压缩能力需求加强(从H.264升级到H.265)3)功能性
模块增加,如增加无线传输能力wifi,蓝牙模块等;增加AI计算机视觉功能。
以上均会推动芯片单价的提升。
投资建议
⏹视频处理行业整体发展趋势良好,中国厂商有望加速超车。
推荐关注韦尔股份(拟入股豪威科技)、富瀚微(国产安防视频芯片稀缺标的);建议关注晶方科技(CIS封测龙头厂商)。
内容目录
1视频处理工作原理4
2CMOS传感器逐步代替CCD传感器成为主流6
2.1CIS行业技术发展与趋势——得技术者得天下6
2.2CIS市场概况9
2.3下游需求仍将保持旺盛9
3视频处理芯片——计算机视觉芯片将成为主流15
4主要视频芯片厂商18
4.1全球CIS相关公司18
4.2图像处理芯片相关厂商22
5推荐标的27
6风险提示27
图表目录
图表1:
像素分辨率一览4
图表2:
视频处理工作流程5
图表3:
CCD与CMOS传感器特性对比6
图表4:
CCD与CMOS出货量对比6
图表5:
前照式与背照式芯片横截面结构对比7
图表6:
前照式与背照式图像对比7
图表7:
三星ISOCELL与ISOCELLPLUS技术7
图表8:
传统2层堆叠式CIS对比3层堆叠式CIS8
图表9:
具有ADC模块的CIS8
图表10:
CIS市场规模以及趋势9
图表11:
2016供应厂商市场份额9
图表12:
CIS未来应用趋势9
图表13:
CIS市场下游应用比例趋势9
图表14:
智能手机与CIS全球出货量趋势对比10
图表15:
全球双摄手机渗透率预测10
图表16:
苏宁易购手机销售价位段10
图表17:
Light配备9个摄像头的L16原型机10
图表18:
智能手机双摄对于CIS需求(单位:
亿)11
图表19:
3Dsensing增长趋势12
图表20:
3Dsensing技术特点分析12
图表21:
预计3D感测对于红外CIS的拉动(亿颗)13
图表22:
车用摄像头需求预测(单位:
万)14
图表23:
汽车、结构光、手机多摄对CIS拉动数目估计(单位:
百万)14
图表24:
预计2022年视频芯片市场情况15
图表25:
安防所需视频芯片数量(百万)16
图表26:
安防所需网络视频芯片市场规模(百万美金)16
图表27:
Amazon电池类摄像头17
图表28:
海康H265500万CMOS网络摄像机17
图表29:
安防产品对比17
图表30:
国内外厂商CIS产品性能对比18
图表31:
索尼公司营收分拆(十亿美金)19
图表32:
三星电子营收分拆19
图表33:
豪威专利20
图表34:
豪威主要股东20
图表35:
安森美收入分拆(按应用领域)20
图表36:
收入拆分(按产品)20
图表37:
OnSemi营收(百万美金)以及增长率21
图表38:
OnSemi净利润(百万美金)以及增长率21
图表39:
国内外厂商产品对比22
图表40:
高端手机芯片性能对比22
图表41:
华为高清视频会议系统23
图表42:
华为全景运动相机23
图表43:
安霸营收下游应用分拆24
图表44:
安霸营收净利润数据(单位:
百万美元)24
图表45:
安霸产品线一览24
图表46:
富瀚微营收(百万)25
图表47:
富瀚微归母净利润(百万)25
图表48:
封测厂毛利率对比26
图表49:
封测厂净利率对比26
图表50:
晶方科技营收26
图表51:
晶方科技归母净利润26
图表52:
推荐标的主要数据(截止到20180802收盘)27
1视频处理工作原理
在了解视频处理之前,我们需要了解图像的基本组成:
像素(pixel),即“画像元素”。
每个像素就是真实图像的一个取样点,而照片就是这一个个取样点的集合,单位面积内的像素越多代表分辨率越高,所显示的图片就会接近于真实物体。
我们平时说的百万像素(MegaPixels,缩写为MP)是指有“一百万个像素”,通常用于表达相机的分辨率。
例如,我们说一个摄像头有1200万像素分辨率,
拍摄出的最高像素图片一行大约4000个像素,一列大约3000个像素,合计约
为4000×3000=12,000,000万像素,即12MP。
现在主流电视一般支持1080P
片源。
图表1:
像素分辨率一览
分辨率
水平
垂直
像素数目
1MP/720P
1280
720
921,600
QVGA/960P
1280
960
1,228,800
1.3MP
1280
1024
1,310,720
2MP/1080P
1920
1080
2,073,600
2.3MP
1920
1200
2,304,000
3MP
2048
1536
3,145,728
5MP
2560
1920
4,915,200
6MP
3032
2008
6,088,256
8MP
3264
2448
7,990,272
来源:
XX国金证券研究所
摄像的过程实际就是把光信号转换为电信号的过程。
在数字摄像的过程中,外面的光通过透镜打到传感器芯片,传感器芯片把图像分解成百上千万个像素,传感器测量每个像素的色彩与亮度,并把它转化为数字信号作为代号,例如“010101010……”。
这样,实际图像就变成一系列数字的集合。
由于原始图
片尺寸通常很大,为了传输方便,视频处理芯片再对其继续进行压缩编码等处理,以方便传输储存等。
摄像处理流程:
1.镜头:
汇聚外界景物发出的光线。
2.传感器芯片:
传感器芯片把外届图像分解成百上千万个像素,并转化为电信号,并传给模拟数字转换器,转换成数字信号。
3.视频处理芯片:
接受传感器传送的数字信号,对其进一步处理,比如压缩编码等。
所以,传感器芯片(光信号转为电信号)与视频处理芯片(主要处理数字信号)是图像处理最重要的两种电子元器件。
图表2:
视频处理工作流程
来源:
wikipdiaAmbarella国金证券研究所
(SoC)
2CMOS传感器逐步代替CCD传感器成为主流
传感器芯片主要有两种类型:
电荷耦合元件(CCD,Charge-CoupledDevice)与CMOS传感器(CIS,CMOSImageSensor)。
CCD于1969年被发明,并于1975年正式应用于照相机领域,CMOS的出现则相对晚了十年。
随着后来CMOS成像技术不断提升,CIS借其低功耗、体积小、高帧数(有利于拍摄动态影像)等优势,逐步在民用消费电子等领域占领市场,而CCD则由于图像质量有优势,在专业领域如在卫星、医疗等领域仍有一席之地,但已经逐步丢失大部分市场份额。
鉴于CIS的市场份额已经超过99%。
我们在本文主要讨论CIS的行业状况。
图表3:
CCD与CMOS传感器特性对比图表4:
CCD与CMOS出货量对比
来源:
XX国金证券研究所来源:
ICinsights国金证券研究所
2.1CIS行业技术发展与趋势——得技术者得天下
芯片作为最高端的电子元器件,一直是靠技术迭代驱动,而CIS又是属于芯片中相对高端的一类产品,故此一直是得技术者得天下,且龙头效应愈发明显。
索尼公司凭借在摄像领域强大的技术储备与领先程度,近几年一直处于龙头地位而且在CIS市场份额一直在扩大,从2015年的38%上升到2016年的42%。
CIS主要分为传统(前照式)CIS、背照式(Back-illuminated)CIS。
传统的前照式CIS光线射入后依次经过片上透镜、彩色滤光片、金属线路最后光线才被光电二极管接收。
由于金属线路会对光线产生影响,最后被光点二极管吸收的光只有80%或者更少,折旧影响了图像质量。
背照式CIS改变了架构,把金属线路与光电二极管位置调换,让光线依次经过片上透镜、彩色滤光片、光电二极管。
这样减少金属线路对管线的干扰,从而增加进光量,减少噪度,对于光线不足场景有比较明显效果。
Sony公司平衡了量产工艺与成本的问题,于2009年将背照式CIS商用化。
图表5:
前照式与背照式芯片横截面结构对比图表6:
前照式与背照式图像对比
来源:
太平洋电脑网国金证券研究所来源:
索尼国金证券研究所
在背照式CIS的基础上,各家公司纷纷开发新的技术:
2013年,为了解决相邻像素模块互相干扰问题,三星开发了ISOCELL技术,在相邻像素模块中间插入金属隔离层,这样每个像素模块可以吸收更多光线,大幅度提高图像质量。
随后三星在ISOCELL基础上推出升级版ISOCELLPlus,把金属隔离层改成日本富士公司(Fujifilm)提供的特殊材料,进一步减少金属对于光线的干扰,可以将感光度提升15%。
目前ISOCELLPLUS技术主要应用在大像素产品上,例如分辨率20MP以上的传感器。
图表7:
三星ISOCELL与ISOCELLPLUS技术
来源:
三星国金证券研究所
2017年,在背照式CIS之后索尼发明了业界第一款三层堆叠式stackedCIS。
这款传感器在传统堆叠式传感器的感光层(光电二极管)与金属线路之间增加了一层DRAM存储层。
增加DRAM存储层用来临时存储数据,作用类比计算机的内存,可以整体提高数据读写速度,对于高速动态物体的抓拍有很好的效果。
2018年,索尼公司为了解决图像扭曲问题,推出具有模拟数字转关(ADC,AnalogDigitalConverter)模块的CIS。
传统的CIS需要一行一行读取传输感光模块,这就造成了图像焦面扭曲。
索尼新产品在传统感光层下面平铺一层ADC层,可以同时读取感光模块,完美的解决了图像扭曲问题。
在感光层与
ADC之间,用铜-铜Cu-Cu连接,在一款传感器中最多用了300万个铜-铜连接器。
图表8:
传统2层堆叠式CIS对比3层堆叠式CIS
来源:
SONY国金证券研究所
图表9:
具有ADC模块的CIS
来源:
SONY国金证券研究所
可以看出CIS的技术门槛很高,微架构方面的改进都是在纳米级别。
半导体制造方面也需要有足够的工艺水平来配合设计的构想,故此索尼与三星在CIS方面都是IDM模式(IntegratedDeviceManufacturing,全产业链模式),即自己拥有设计、制造、封装全套技术。
通过技术方面的不断探索,索尼与三星逐步占领了CIS市场份额前两位,目前两个巨头市场份额超过60%。
2.2CIS市场概况
根据ICinsights2016年数据,2016年全球图像传感器市场规模约为116亿美金,到2021年预计为170亿美金,CAGR=10.3%,销售数量CAGR=13.6%。
我们的预测数据高于ICinsight,详情请看2.3节。
CIS市场集中度较高,龙头(索尼)份额进一步加大。
2016年前四大公司占有全球76%的市场份额,索尼(42%)、三星(18%)、豪威/Omnivision(12%)、安森半导体(6%)。
前几大厂的侧重点各不一样,索尼与三星主要是消费电子应用占主导,安森半导体则在汽车电子有优势。
图表10:
CIS市场规模以及趋势图表11:
2016供应厂商市场份额
CMOS图像传感器增长趋势
208
156
104
52
00
0809101112131415161718F19F20F21F
销售额(十亿美金)
来源:
ICInsights国金证券研究所来源:
YoleDeveloppement国金证券研究所
2.3下游需求仍将保持旺盛
过去十年,对于CIS最大的拉动莫过于智能手机的普及。
未来十年,我们认为多摄像头手机、无人驾驶汽车、安防、医疗、机器人等行业应用占比将逐步升高,继续拉动下游需求。
图表12:
CIS未来应用趋势图表13:
CIS市场下游应用比例趋势
来源:
YOLEDevelopment国金证券研究所来源:
ICinsights国金证券研究所
从左下图可以看出,从智能手机兴起开始,CIS的出货量曲线基本拟合智能手机出货量曲线。
2013年以前主要是智能手机的拉动,尽管在2013年后,手机增长趋势放缓,但是由于其他应用的崛起,例如安防、智能汽车、物联网等,
CIS的增长曲线仍能保持以前的增长趋势。
⏹多摄或将成为行业趋势
虽然智能手机出货量已经趋于稳定,但是双摄甚至多摄摄手机再一次拉动了CIS的需求。
目前配备双摄的主要是2000元以上手机。
根据第三方数据,2017年全球双摄手机渗透率达到了8%-10%,我们估计未来3年有望达到
50%渗透率甚至更高。
即绝大部分2000元机以及相当比例千元机会标配双摄。
仅此一项,按年出货15亿部手机计算,未来三年即可额外拉动7亿颗CIS需求。
2018年华为已经率先推出搭配3摄的P20Pro旗舰手机。
而国外厂商Light已经推出配备9个摄像头的原型机。
在智能手机创新不足的情况下,摄像头是为数不多可以做文章的突破口.
图表14:
智能手机与CIS全球出货量趋势对比图表15:
全球双摄手机渗透率预测
1600
1400
1200
1000
800
600
400
200
0
来源:
Wind、ICinsights、国金证券研究所来源:
中国产业信息国金证券研究所
60%
50%
40%
30%
20%
10%
0%
图表16:
苏宁易购手机销售价位段图表17:
Light配备9个摄像头的L16原型机
来源:
苏宁易购国金证券研究所来源:
Light国金证券研究所
图表18:
智能手机双摄对于CIS需求(单位:
亿)
2017
2018E
2019E
2020E
手机出货量
14.62
14.62
14.91
15.21
YoY
0%
2%
2%
双摄手机渗透率
10.00%
20.00%
40.00%
60.00%
双摄手机出货量
1.46
2.92
5.96
9.13
双摄手机需要CIS数量(3颗/台)
2.92
8.77
17.89
27.38
非双摄手机出货量
13.16
11.70
8.95
6.08
非双摄手机需要CIS数量(2颗/台)
26.32
23.39
17.89
12.17
合计
29.24
32.16
35.79
39.55
来源:
中国产业信息国金证券研究所
⏹3D感测(3DSensing)将增加红外CMOS图像传感器需求
3D感测是未来人机交互的重要入口之一。
根据AMS公司预测,2017年3D感测市场规模为1亿欧元,未来5年3D感测市场CAGR=44%,2022年将达到8亿欧元。
目前由于成本与技术的原因,大部分3Dsensing应用在工业领域。
随着产品技术的不断发展,未来4年电子/汽车/工业领域CAGR分别为74%/45%/13%。
到2022年预计超过60%的下游应用在消费电子领域。
图表19:
3Dsensing增长趋势
来源:
AMS,国金证券研究所
未来3D感测应用将从手机延伸到汽车、智能家居、可穿戴设备。
主要应用有:
Ø智能手机:
人脸识别、AR、手势识别
Ø工业:
3D定位、无人机器人、图案(Pattern)识别
Ø智能家居:
手势识别、光线感应、人体感应。
Ø汽车:
驾驶监控(例如疲劳驾驶)、手势识别、3D雷达
目前3D感测主要有三种技术路径:
结构光(structuredLight)、TOF(TimeofFlight)与双目测距(StereoVision)。
其中双目测距所需算法量太大,对于硬件资源要求较高,目前产业主要以结构光与ToF为主。
图表20:
3Dsensing技术特点分析
结构光(structuredLight)
TOF(TimeofFlight)
双目测距(Stereo
Vision)
原理
投射编码过的红外光,在不同物体表面形成随机的光斑(pattern),红外摄像头搜集光斑解析,构建三
维图形
直接投射红外光,计算红外光发射与接收的时间来计算距离,从而构建三维图
形
通过两个红外摄像头抓取图像,用类似人眼原理,构建三维图形
空间分辨率
高
中
高
摄像头基线
少量基线
不需要
中等基线
景深质量
高
中等/低
中等
阳光免疫力
差
中等
好
功耗
中等
中等
低
成本
高
低
中
主要硬件
光斑投射器、一台近红外照相机
红外发射装置、红外传感器。
不需要摄像
机
两台近红外摄像头,RGB照相机(可选)
应用
IphoneX,小米8探索版
微软XboxKinect,
未来手机后置有可能采用ToF
N/A
来源:
XX国金证券研究所
从上表可以看出,3Dsensing中对于红外摄像头或者红外传感器的需求是最多的。
随着AR应用的发展,未来手机3D感测配置将从前置扩展到后置。
ToF感应技术识别距离可达4~5m,远超过结构光识别距离(一般在1m以内),故此我们分析未来后置3D感测技术路径将是ToF主导。
例如微软游戏主机XboxOne中的Kinect就是采用ToF技术解决方案。
根据智能手机出货量与3D感测前置/后置渗透率,我们估算未来三年3D感测对于红外CIS的拉动需求为7000万颗/1.79亿颗/3.5亿颗,YOY分别为600%/255%/196%。
图表21:
预计3D感测对于红外CIS的拉动(亿颗)
2017
2018E
2019E
2020E
手机出货量
14.62
14.62
14.91
15.21
YoY
0%
2%
2%
前置3D感测渗透率
0.80%
4.00%
8.00%
15.00%
所需CIS数目
0.12
0.58
1.19
2.28
后置3D感测渗透率
0%
0.80%
4.00%
8.00%
所需CIS数目
0.00
0.12
0.60
1.22
合计所需CIS数目
0.12
0.70
1.79
3.50
YoY
600%
255%
196%
来源:
IDC国金证券研究所
⏹汽车无疑是继手机之后最大的CIS应用场景之一
预计到2021年,车用CIS在所有应用占比将从2015年的3%提升到14%,是增幅最大的下游应用。
车均摄像头数目有望从目前1.23个持续增加,到2020年预计达到2.2个/车。
2017年全球车载摄像头出货量约为1.2亿台,汽车产量约为9700万辆,平均
全球每台车装备摄像头数目约为1.23个。
随着各个国家对于交通安全的重视
(例如美国要求在2018年5月开始所有新产轿车必须装备后视摄像头,到2019年范围扩大到所有卡车与公交车)以及ADAS的渗透率提升,未来车均摄像头数目有望持续增加。
一个摄像头对应一颗CIS。
基于以下几个假设,我们估计未来3年车载CIS需求量:
1.全球汽车产量年均增长4%
2.配备ADAS车均摄像头5个,1个后视摄像头+4个环视摄像头
3.普通车配备一个摄像头
图表22:
车用摄像头需求预测(单位:
万)
2017
2018E
2019E
2020E
汽车产量
9,700
10,088
10,492
10911
辅助驾驶渗透率(预计)
5%
10%
18%
30%
具备ADAS车数量
485
1,009
1,888
3273
摄像头需求量(5/车)
2,425
5,044
9,442
16367
不具备ADAS车数量
9,215
9,079
8,603
7638
摄像头需求量(1/车)
9,215
9,079
8603
7638
摄像头合计
11,640
14,123
18045
24005
YoY
21%
28%
33%
来源:
中国产业信息网国金证券研究所
结论:
预计未来3年车载(前装市场)CIS需求量分别为1.4亿、1.8亿、2.4亿颗,增速分别达到21%、28%、33%,到2020年车均摄像头数目为2.2颗。
以上估算略有保守,高端ADAS车型车均摄像头超过5个,例如Tesla配置8颗摄像头。
⏹多摄智能手机、3D感测、无人汽车三驾马车对于CIS拉动
综上所述,我们预测了对于CIS拉动最大的三架马车:
即智能手机多摄、3D感测、无人驾驶汽车(前装市场),对于CIS的需求未来三年将达到34亿、39亿、45亿颗,YoY分别为12%、15%、15%。
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