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图像传感器迎来了黄金时代

2018年12月06日 14:58:48 中国传动网

物联网时代到来的大背景下,CMOS图像传感器是一个极具活力与成长性的半导体细分市场。尤其在汽车、安防、工控等领域,具备较大提升空间,能够接力手机领域,成为后续增长主要动力。预计2018年全球CMOS传感器销售额将达到137亿美元,同比增长10%;2017-2022年出货量CAGR达11.7%。至2022年,CMOS传感器的全球销售额将达到190亿美金。

▌百亿美金CMOS传感器市场,增势强劲

变“光”为“数”,图像传感器精密而关键

图像传感器是当今应用最普遍、重要性最高的传感器之一。其主要采用感光单元阵列和辅助控制电路获取对象景物的亮度和色彩信号,并通过复杂的信号处理和图像处理技术输出数字化的图像信息。

图像传感器中的感光单元一般采用感光二极管(photodiode)实现光电信号的转换。感光二极管在接受光线照射之后能够产生电流信号,电流的强度与光照的强度成正比例关系。

终端应用爆发,CMOS传感器5年CAGR10%以上

CMOS传感器今年销售额有望达到137亿美金,同时其出货量将继续保持10%以上年均增速。

得益于车载应用、机器视觉、人脸识别与安防监控的快速发展,以及多摄像头手机广泛普及,CMOS图像传感器市场规模不断扩大。

根据ICInsights统计,2017年全球CMOS图像传感器销售额为125亿美元,同比增长19%;预计2018年将达到137亿美元,同比增长10%。预计2017-2022年出货量CAGR达11.7%,销售额的CAGR为8.8%。

至2022年,CMOS传感器的全球销售额将达到190亿美金。

手机是CMOS传感器的最大应用市场,汽车、安防等新应用领域高速成长。

2017年手机用CMOS传感器市场规模占整体应用市场的62%,达77.5亿美元,预估2022年手机CMOS传感器的市场营收规模将可达86亿美元。

而在未来几年,汽车、安防监控、医疗、玩具/电玩与工业等将成为带动CMOS传感器高速发展的主要动力。

1)安防监控领域:安防监控离不开视觉信息的获取,必须依赖图像传感器,随着整个安防监控行业规模的不断扩大,预估到2020年该领域CMOS图像传感器的市场规模将达到9.12亿美元,占到行业市场份额的6%。

2)汽车电子领域:是图像传感器增长最快的细分市场,近年来CMOS图像传感器已经安装在汽车倒车影像、防碰撞系统之内,而由于未来的新车将标配ADAS(高级驾驶辅助系统),以及自动驾驶技术的发展,汽车厂商将会为自家车辆产品导入更多摄像头来获取外界信息。

而每增加一个摄像头,就需要增加一块CMOS传感器,所以车载应用将是CMOS图像传感器各主要应用市场中增速最快的方向。

根据YOLE的最新预测,车载图像传感器市场空间将从2016年的22亿美金增长至2022年的77亿美金,是车用传感器(包括各类雷达、压力传感器、惯性传感器等)中增长最快、占比最高的细分产品。

同时,汽车市场也将成为仅次于手机的第二大CMOS传感器应用领域。

3)医疗/科研领域:以往医疗和科研领域主要使用CCD传感器,随着技术的进步,现今医疗和科研领域则在谋求使用成本更低效果更好的CMOS传感器来替代大部分老旧产品,这一应用领域预计有34%年复合增长率,2020年销售额8.67亿美元。

4)工业系统领域:随着机器视觉的发展,越来越多的工业生产线会引入图像传感器来提高生产效率和质量,预计该领域年复合增长率18%,2020年销售额8.97亿美元。

场景升级提出新需求,CMOS传感器加速演进

在CMOS传感器的应用场景不断丰富、终端对性能的需求不断加码的背景下,CMOS传感器正在加速技术迭代,各大厂商频频发布新的“黑科技”。

以成像质量(尤其是弱光环境)、成像速度这两大基本需求为例,业内已提出了丰富的解决方案:

1)弱光环境下的成像能力对手机、相机和行业应用图像传感器来说都是一个很重要的能力,尤其是需要全天候运作的安防与车载图像传感器。

业界通用的解决方法就是提升传感器面积和进光量,加大单位像素面积。除了这种通法之外,还有使用BSI-CMOS(背照式CMOS图像传感器)和近红外光技术两种方法。

2)高速传感器能更好的拍摄移动中的物体,提供多帧降噪、慢动作视频拍摄和减少画面失真等功能,对手机拍照、交通监控和汽车自动驾驶领域有重要意义。

当相机、被摄对象之间存在高速相对位移时(如拍摄高尔夫球挥杆动作、在行驶的车辆上拍摄路边的灯杆等),画面会出现直线发生弯曲、图像边缘模糊、部分画面曝光错误等问题,这就是果冻效应。而果冻效应的根源就是感光元件无法做到快速采集全部像素,因此,高速传感器应运而生。

针对果冻效应,目前业界给出两种解决方案:一种是面对手机等消费类电子领域推出的配备DRAM的三层堆栈式图像传感器,通过在传感器上集成的DRAM直接储存数据来完成高速摄影和拍照。

另一种是面对行业应用推出的全局快门传感器,相比逐行曝光的传统滚动快门传感器,全局快门能整个传感器同时曝光来撷取不失真的运动物体图像,这对机器视觉和安防领域有重大意义。

除了对成像质量和成像速度的要求外,还有在医疗领域需要的小型化(豪威的医用内窥镜CMOS传感器仅0.5mm见方);在汽车领域需要的高可靠性高灵敏度;物联网领域大范围应用所需要的低成本等。在技术演进和需求升级的共同推动下,CMOS传感器快速演进。

▌索尼/三星/豪威三巨头领跑,国内厂商主攻中低端市场

CMOS传感器属于典型的可以进行大规模批量生产的半导体产业,规模效应明显,需要较大的前期投入才能产出结果,这也导致了这一行业强者恒强。

目前CMOS传感器厂商有数十家,但是据YOLE的统计,在2016年行业前三的厂商索尼、三星、豪威的市场占有率之和达到了72%,市场集中度高。索尼稳坐CMOS传感器市场头把交椅,三星和豪威紧随其后。

据YOLE统计,行业龙头索尼在2016年占据了42%的市场份额,产品涵盖各个消费类电子到各类行业应用领域,主攻高端市场,技术实力最强。

其次是三星,主攻消费类电子市场,多是自产自销,在技术上紧追索尼,已经可以提供与索尼同级别的CMOS产品,但三星的CMOS在行业应用领域相对较少。第三位豪威科技,在行业应用上有很深的积累,尤其是在车载CMOS领域,市场占有率高过索尼。

在下游各领域的旗舰和主流产品中,绝大部分采用了三巨头的CMOS传感器方案。

可以看到,近期市场热门的几款手机都是采用索尼、三星与OV的CMOS传感器,这三家厂商把持着大部分消费类电子领域CMOS传感器的市场份额。

而在汽车和安防等行业应用领域一般都是选用安森美,OV与索尼三家的产品,三星的CMOS一般只见于自家的终端产品上。

除了占据主流市场的三巨头外,还有定位于特高端、低端市场的两类玩家。但在市场规模以及下游客户群方面,都无法和主流市场相媲美。

国内CMOS厂商:主要面向中低端市场,积极发展自主技术

总体来说,国内的CMOS传感器厂商在规模和技术上与国外厂商还存在一定的差距,产品主要用于中低端消费类电子领域。但是,一些国内领先的CMOS传感器厂商如思比科、格科微等,依托自主核心技术,正逐步扩大份额、向中高端市场渗透。

来源:半导体行业观察

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