5G带动技术创新+多领域需求扩亚洲俱乐部排名上港第1力压新科亚冠冠军 恒大第7展

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来源人工智能引擎 有删减

1. 光学摄像头市场延续增长,带动产业链延续向好

1.1.摄像头整体市场范围不断增长,技术升级 5G 浪潮成强力驱动

光学创新及利用推行永不眠。从2000年夏普推出全球首款搭载后置11万像素摄像头的拍照手机J-SH04开始,用户对智能手机摄像性能要求不断提高,各厂商技术不断更新迭代,手机摄像头逐步向多摄、CIS高像素、7P/8P、镜片玻塑混合、潜望式镜头变焦、TOF等多方向发展。另外,全面屏推动光学屏下指纹辨认市场兴起,ADAS渗透率提升使车载镜头市场空间广阔,5G浪潮推动AR/VR逐步推行,技术创新 利用扩大为光学产业链增加延续增长动能,光学利用及创新成为手机、汽车、AR/VR等诸多行业关注的重点。

摄像头需求增长和技术升级已成趋势。摄像头是1种图象、视频输入的光学装备, 过去被广泛的应用于视频会议、远程医疗及实时监控等方面。随着互联网技术的发展, 网络速度的不断提高,再加上感光成像器件技术的成熟并大量用于摄像头的制造上,现在被广泛利用于智能手机、笔电、安防监控等领域,未来,随着科技的进步与发展,技术的快速更新迭代,人机交互、智能眼镜及投影、智能汽车驾驶和安防等领域对精密光学元件的需求将大大增加且保持高速增长,光学摄像头依然具有很大成长空间。摄像头的工作原理是将拍摄对象通过镜头(lens),将生成的光学图象投射到传感器上(colour image sensor),然后光学图象被转换成电信号,进行降噪等操作后,电信号再经过模数转换变成数字信号,数字信号经过DSP加工处理,再被送到处理器中进行解码 (encoding)处理,终究转换成我们能够看到的图象。

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技术升级推动摄像头种类扩大。摄像头依照外形以划分成球面摄像头,针孔摄像头,鱼眼摄像头等;而依照焦距可划分为长焦摄像头,广角摄像头,变焦摄像头等;按下游利用可分为数码相机摄像头,智能手机摄像头,车载摄像头,安防摄像头。

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摄像头主要由5部份组成。根据朝阳大数据,摄像头各组成部份功能及本钱占比各不相同,主要包括图象传感器(将表面的上镜头送过来的光信号转化成为电信号),在摄像头组件本钱中占比52%;镜头(搜集光线然后将物体成像到图象传感器),在摄像 头组件本钱中占比20%;音圈马达(推动镜头移动实现对焦,通过移动镜头可以得到清晰的照片),在摄像头组件本钱中占比6%;红外截止滤光片(过滤过剩的红外光和紫外光,使得拍摄出来的图象色彩更加接近我们人眼所看到的色彩),在摄像头组件本钱中占比3%;和终究的模组封装(将摄像头零组件整合到1起成为完全的摄像头),在摄像头本钱中占比19%。

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国内外企业分庭抗礼。摄像头各组件生产领域均有中国厂商参与其中,且占有1席之地。特别在CIS、镜头、滤光片、模组封装领域,豪威科技(韦尔股分)、水晶光电、 欧菲光等A股龙头企业更是处于国际领先地位,可与外国公司对抗。

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光学摄像头市场范围不断增长,手机成核心增长动力。根据Yole数据,全球摄像头行业范围不断扩大,到2022年有望超过450亿美元,2016⑵022年CAGR为12.2%, 行业保持延续稳定增长。从摄像头下游利用来看,手机占据绝对优势,2019Q4占有率超过80%,是摄像头行业最为核心的利用领域。

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手机摄像头市场范围及需求量齐升。根据中国产业信息网数据,2018⑵024年,手机摄像头行业范围预计将从271亿美元增长到457亿美元,CAGR为7.75%;根据Yole数据,手机摄像头出货量也将不断增长,2019年出货量为44亿颗,预计2021年到达75亿颗。

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1.2.摄像头需求增长刺激上游光学组件市场扩大

需求增长 技术升级推动手机摄像头各组件及整体市场范围扩大。根据Yole数据, 2018⑵024年,CIS市场范围将从123亿美元增长到208亿美元,CAGR为9.2%;镜头市场范围将从41亿美元增长到60亿美元,CAGR为6.7%;音圈马达市场范围将从23亿美元增长到44亿美元,CAGR为11.5%;模组封装市场范围将从85亿美元增长到139亿美元,CAGR为8.9%;全球手机摄像头市场范围将从271亿美元增长到457亿美元,CAGR为9.1%。受益于下游需求增长及技术升级,从摄像头各组件到整体都有望迎来高速增长时间,行业景气度延续提升。

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1.2.1. CIS市场产量产值延续爬升

CIS市场范围和整体出货量有望不断走强。目前大部份带有摄像头装备使用的都是 CIS,根据Yole数据,2015⑵018年,CIS市场范围由102.48亿美元增长到154.78亿美元,CAGR为10.86%,预计2024年到达近240亿美元,整体范围不断上升;根据群智咨询数据,2019年全球CIS出货量高达47亿颗,预计2024年可爬升至65亿颗。

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市场集中度高,龙头企业遥遥领先。根据Yole数据,CIS市场集中度较高,CR3为 80.2%,其中索尼占比49.2%,3星占比19.8%,豪威占比11.2%。根据群智咨询数据,2019年CIS全球出货量47亿颗,出货量前3名分别为索尼(13.2亿颗),3星(7.2亿颗),豪威(6亿颗),排名前3厂商出货量遥遥领先其他厂商,龙头地位稳固。

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周跃龙是8强中唯1的1位中国选手,之前他状态不错,有过5-0的横扫,也击败了卡特这样的实力派高手。今天周跃龙开局不错,第1局就打出1杆65分,1-0领先。不过第2局威尔逊就轰出119,把比分扳平。第3局还是威尔逊获胜,他68⑵7赢下1局乱战。第4局威尔逊再次打出64分,把优势扩大到3⑴。

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1.2.2. 镜头市场延续向好,龙头厂商掌控市场

镜头市场范围延续增长,下游利用占比稳定。受益于手机、车载、监控等市场的发展,镜头市场范围连年递增,根据中国产业信息网数据,2014⑵019年,全球镜头市场范围从27.55亿美元增长到67.43亿美元,CAGR为16.09%,预计2021年可达约75.64亿美元。从下游利用来看,手机、视频监控、车载摄像机是3个最大的利用市场,中国产业信息网数据显示,2014⑵021年,市占率方面终年保持稳定,其中手机镜头占比72⑻0%,监控镜头占比9⑴3%,车载镜头占比9⑴5%。

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镜头市场集中度高,龙头厂商出货量绝对领先。根据中国产业信息网数据,2018年 CR3为54%,大立光占比35%,舜宇光学占比10%,玉晶光占比9%。根据朝阳大数据的数据,从出货量上可以看出,2019年12单月出货量上亿的唯一大立光和舜宇光学,2者处于行业绝对领先地位。

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玻塑混合镜片有望成为镜片发展新趋势。摄像头镜片主要分为塑料镜片、玻璃镜片和玻塑混合镜片。虽然塑料镜片透光率存在1定劣势,但是由于手机镜头需求量大且对本钱要求高,塑料镜片在工艺难度、量产难度、本钱等方面优势便体现出来,因此目前手机镜头多以塑料镜片为主,而手机市场利用占比80%以上,这也是龙头厂商多集中于塑料镜片的缘由。而在安防车载领域,对镜片透光率要求更高,而对本钱相对不敏感, 所以更多使用玻璃镜片。玻塑混合镜片透光率高于塑料镜片,量产难度与本钱低于玻璃镜片,且可利用领域更加广泛,在手机、安防、车载领域均有使用,对提升相片质量是较优的选择,因此玻塑混合镜片有望在未来得到广泛利用。

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1.2.3. 音圈马达(VCM)市场范围延续增长,市场格局分散

VCM市场范围及出货量延续上升。根据Yole数据,2016⑵019年,VCM市场范围从17亿美元增长到24亿美元,CAGR为9%,预计2024年到达44亿美元;出货量方面,2016⑵019年,出货量从15.2亿颗增长到23.4亿颗,CAGR为11.39%,预计2024年增长到40.2亿颗。

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VCM技术壁垒低,市场结构分散。VCM的技术其实不复杂,但由于对灵敏度的要求较高,所以生产时的精度控制是关键,这触及到设计、材料等各个环节的改进。正由于VCM技术难度其实不高,所以全球参与VCM产业的厂商有上百家,市场较为分散,根据第1手机界研究院数据,CR3仅为44.4%,未超市场的1半,没有绝对的龙头,市占率最大的阿尔卑斯也唯一17%的份额,市场显现多寡头对峙格局。根据朝阳大数据,2019年12月全球 VCM出货量前3的厂商分别为阿尔卑斯(2900万颗)、TDK(2700万颗)、 3星机电(2650万颗),但与后续几名差距不大。

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1.2.4. 红外截止滤光片(IRCF)量价齐升

蓝玻璃IRCF利用更广。红外截止滤光片(IRCF,IR-Cut filter) 是1种允许可见光透过而截止红外光的光学滤光片。当光线进入镜头,折射后可见光和红外光会在不同靶面成像,可见光成像为彩色,红外光成像为黑白。当把可见光所成图象调试好以后,红外光会在此靶面构成虚像,影响图象的色彩和质量。IRCF的生产最关键的是镀膜工艺和镀膜基材,镀膜需要保证镀膜的均匀性和1致性,以蓝玻璃为基材镀膜制成的IRCF,是采取吸收的方式过滤红外光,可过滤630nm以上波长的光,比较完全;而以普通玻璃为基材镀膜所制成的IRCF是以反射的方式过滤掉红外光,可过滤650nm以上波长的光, 反射光容易造成干扰,效果差于蓝玻璃IRCF。

市场范围延续增长,IRCF量价齐升。根据朝阳大数据的数据,2016⑵019年全球 IRCF市场范围从44亿元增长到68亿元,CAGR为11.5%,根据Wind数据,全球IRCF出货量也在不断升高,2016年出货量33.2亿片,2019年爬升至46.9亿片,同时每片单价从 2016年的1.32元,增长到2019 年的1.45元,IRCF市场显现量价齐升的趋势。

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1.2.5. 摄像头模组市场格局分散,MOB/MOC新工艺引领未来

摄像头模组(CCM)技术壁垒低,市场较为分散。摄像头模组技术壁垒较低,行业入场本钱较低,这也致使手机摄像头模组市场比较分散。根据群智咨询数据,2019年摄像头模组市场出货量CR3为32.7%,第1名欧菲光(12.6%),第2名舜宇光学 (11.5%),第3名丘钛科技(8.6%),全部市场较为分散。根据中国产业信息网数据, 2018年国内手机CCM出货量前3名分别为欧菲光(4.78亿颗),舜宇光学(4.23亿颗),丘钛科技(2.64亿颗),其余厂商出货量都在2亿颗以下,龙头厂商有1定领先优势。

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MOB/MOC是模组封装技术未来趋势。模组封装是将摄像头零组件整合成为摄像头的加工进程,手机摄像头模组主流封装工艺有CSP、COB、MOB/MOC 和 FC4种,其中 CSP主要用于低端产品,COB是目前最主流的工艺,MOB/MOC是COB改造升级后的技术,暂时只有少数大厂商在使用,FC则唯一苹果在使用。COB封装正向MO和MOC发展,MOB与COB的区分在于底座与线路板1体化,MOB通过将电路器件包覆于内部,下降了模组厚度,而MOC比MOB更加先进的地方在于将连接线1起包覆于内部,进1步下降了模组厚度。MOB/MOC相较COB,封装性能更优,并且正在逐步接近FC封装性能,同时相较于FC本钱更低,是模组封装的未来趋势。

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大厂商长时间本钱优势显著,技术更迭市场集中度有望提高。舜宇、欧菲光等较大的模组厂商均使用COB技术进行封装,装备本钱高但封装本钱低,属于高端工艺,长时间而言,产品本钱较低,有益于企业的长时间发展,这是大厂商的显著优势,而中小厂商斟酌到初始本钱和风险规避,大多选择装备本钱较低的CSP,但由于封装本钱高,属于低端工艺,长时间而言,产品本钱相对较高,在下游要求不断提升的趋势下,中小企业在长时间竞争中处于劣势。FC是苹果独有的封装技术,主要是索尼、LG、夏普等厂商在使用,产出的模组厚度最薄但装备本钱和封装本钱均较高。在COB技术改进后的MOB、MOC虽然初始本钱高,但封装本钱低,模组厚度较薄,对大厂商而言是性价比较高的封装技术,未来有望取代 COB和FC,成为大厂商偏爱的封装技术。由于新冠病毒疫情和技术更迭的冲击,中小厂商的生存将越发困难,未来市场集中度有望逐渐提升。

2. 手机摄像头全面升级,各类创新延续不断

光学升级,旋律不断。随着移动互联网和智能手机兴起,QQ、微信、短视频、直播等利用在消费者当中延续渗透,人们利用手机拍照、录制视频并进行分享等相干活动也越发频繁,消费者也展现了对手机拍照性能的延续寻求,具体体现在图片色采饱满度、 照片清晰度、取景广度、成像立体感、镜头变焦能力等各个方面,手机厂商也将光学升级做为重要创新领域。厂商开始为手机搭载多个性能不同的镜头来提升拍照性能全面性,如搭载 TOF镜头提升立体感、搭载超广角镜头提升空间感等,通过提高单个镜头的像素、增加单个镜头镜片数来提升单镜头清晰度,研发潜望式镜头来以突破由于手机体积,镜头进行光学变焦的限制。2019年,苹果推出性能参数为“前置12MP 后置12MP广角主摄 12MP 长焦镜头 12MP超广角镜头”的 iPhone 11 Pro Max,华为也推出性能参数为“前置像素 32、后置 40MP超广角主摄 40MP超广角 8MP长焦 TOF深感摄像头” 的 Mate 30 Pro,我们认为,光学升级不会停止,多摄趋势、单镜头升级、潜望式镜头变焦和TOF镜头的利用将成为光学赛道延续景气的主要动力。

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2.1. 多摄势不可挡,拉动镜头整体需求

镜头的量变造就图象的质变,多摄成行业趋势。受限于手机外观、硬件,单个手机镜头难以像相机镜头1样,在测距、变焦、感光等方面同时具有较好的性能。因而手机厂商另辟蹊径,在手机上另外搭载1个不同性能的镜头同时拍照,利用手机上的算法将两张图片融会成1张图片,以华为P9的彩色镜头 黑白镜头组合为例,彩色镜头主要拍摄整体彩色画面,黑白镜头主要负责捕捉更多细节,最后合成的照片画质更棒,细节更清晰。随着广角、长焦、超感光等镜头的研发,手机上可以搭载更多种类的镜头,3摄、 4摄、5摄陆续出现,各种镜头组合方案百花齐放,多摄已成为行业趋势。

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手机多摄趋势明显,渗透率有望超6成。出于手机拍照的寻求,单机镜头配置数量 增长,更多的手机将会配置3个或4个镜头。根据IDC数据,2018⑵021年,安卓手机的双摄渗透率在2019年到达53%,以后将开始降落,到2021年将降落至31%,但3摄与4摄的渗透率将迅速上升,2021年分别为45%和16%。苹果的多摄渗透率和安卓系有一样的规律,双摄2019年后开始降落,多摄渗透率逐渐提升,预计2021年苹果3摄、 4摄渗透率分别为50%和10%。不难看出,安卓系和苹果多摄渗透率都将在2021年超过60%,多摄手机在未来将占据绝对主导地位。

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前置3D摄像有望增加。根据IHS数据,2018⑵021年,前置单摄镜头、双摄镜头出货量基本稳定不变,而3D镜头出货量将0.85亿颗增长2.7亿颗,其占比也由5.65%升至 15.64%。

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后置多摄出货增长,行业保持高景气度。根据IHS数据,2018⑵021年,后置单摄镜头出货量将从8.53亿颗大幅降至1.31亿颗,后置双摄镜头出货量变动不大,后置3摄镜头、4摄镜头和3D镜头出货量将分别从0.21/0/0.01亿颗分别增至4.62/2.18/1.85亿颗。后置3摄、4摄镜头和3D镜头出货占比分别将从1.48%/0.00%/0.07%分别增至 28.15%/13.28%/11.27%。

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手机存量市场下,光学升级推动镜头需求量稳定增长。根据IHS数据,2018⑵021年,全球智能手机出货量将从14.17亿部增长至14.56亿部,CAGR为0.91%;全球智能手机镜头需求量将从35.47亿颗升至56.50亿颗,CAGR为16.79%。经过我们计算, 平均每部智能手机镜头数将从2.50颗升至3.88颗,CAGR为15.78%,说明在人口红利消失,手机进入存量时期下,单机平均镜头数依然将保持稳健增长,手机多摄增加已然成为趋势。

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2.2.单镜头多元化升级,CIS及镜片有望充分受益

像素是手机厂商镜头升级的重要方向。像素是摄影的基础,像素越高,照片分辨率就越大,镜头对画面的解析能力就越强。根据Yole数据,2017年$200以上价位的手机中,8⑴3MP、13⑵0MP像素的摄像头成为主流,二者占比合计到达90%,手机千万像素成为普遍现象。2015⑵019年,华为手机前置、后置像素同步升级,前置主摄像素自8MP升至 32MP,后置主摄像素自13MP升至40MP,2019年推出的Mate 30 Pro搭载前置32MP,后置广角双40MP 长焦8MP TOF4摄镜头,而小米新推出的CC9 Pro前置像素到达 32MP,后置主摄像素到达108MP,像素成为手机的重要卖点,也是手机的关键参数,未来升级化趋势不可避免。

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高像素时期下,CIS为摄像头行业首选。成像进程中,手机镜头先捕捉画面,转化成电信号,再由图象传感器将电信号转化成数字信号,经过DSP处理后,再构成图片, 图象传感器在其中的作用相当重要。图象传感器可分为CCD(电荷耦合器件)和CMOS(互补金属氧化物半导体)传感器(CIS)两种。CCD灵敏度高、分辨率高、噪音小, 但是CIS 能耗低、体积小、重量轻、集成度高、价格低,而且经过像素与CMOS的迭代升级,在高感光度下也能有很好的成像质量,所以CIS已成为摄像头首选方案。

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高像素CIS出货量激增。随着高像素镜头用量增加,与之匹配的高像素CIS出货量也同步上升,根据Yole及观研天下数据,2013⑵019年,5MP及以下的CIS出货量自21亿个降至7亿个,13MP像素及以上的CIS出货量自6亿个大幅增长至39亿个,高像素CIS出货量迅速提升。

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镜片数逐渐拉升,6P向7P、8P演进。当光线通过镜头的镜片时,镜片可以过滤杂 光,镜头片数提升,图象对照度与解析度越高,成像越清晰、真实;另外,受限于手机摄像头模组体积,镜头移动范围与焦距较短,可利用多镜片镜头去摹拟超短焦距的镜头,为了优化成像效果,镜头将有望从目前主流的6P镜头向7P、8P镜头演进。根据华经产业研究院数据,2018年中国智能手机中,35.6%的智能手机主摄像头镜片为5P镜头, 64.3%的手机主摄为6P镜头,0.1%的手机主摄为7P镜头。2018年推出的OPPO R17 Pro、2019 年推出的小米9透明探索版、华为P30 Pro等都已搭载7P镜头,2019年小米发布的CC9 Pro还是首款使用8P镜头的手机。

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玻塑混合镜头突破瓶颈,有望利用于主流高端机型。目前常见的摄像头有塑料镜片和玻璃镜片,塑料镜片本钱低、易批量生产,成为手机镜头的主流,但其成像清晰度有限,失真率太高,难以跟上目前手机摄像头超高像素趋势。玻璃镜片性能更好,但其量产难度大,生产本钱高,难以在手机领域广泛利用。为了让图象更加清晰真实,目前已发展到8P 镜头,但镜片太多,镜头厚度会相应增加,不利于手机轻浮化,而且塑料镜片清晰度有限,太多塑料镜片也会提高失真率,此时玻塑混合镜片的出现突破了性能瓶颈。玻塑混合镜头将塑料镜片和玻璃镜片混合使用,成像清晰度比塑料镜片高,本钱也介于塑料镜片与玻璃镜片之间,6片塑料镜片 1片玻璃镜片组成的玻塑混合镜头成像效果与8片塑料镜片相当,但其镜片数少,镜头厚度有所改良,所以玻塑混合镜头有望利用于主流旗舰机型。

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2.3. 潜望式镜头解决光学变焦瓶颈,有望成市场主流

传统手机镜头变焦方式难以满足远景拍摄。变焦可以理解为使物体在图象中显示的效果变得更近或更远,通过放大可让我们通过更近的距离拍摄目标,而缩小则可以拍摄到更广阔的空间。手机变焦主要分为光学变焦、数码变焦与混合变焦。光学变焦通过改变镜头间的距离实现变焦,效果较好,但受限于手机厚度。数码变焦是对原有画面进行场景切割,会将像素放大,照片的质量有明显的下降,通常利用AI算法弥补缺点。混合变焦结合光学变焦、数码变焦和软件算法,当变焦需求超过镜头的物理极限时, 就能够从光学变焦切换成数码变焦,实现更好的效果,但还是受限于手机厚度。在手机轻浮化趋势下,清晰的光学变焦倍数与混合变焦倍数非常小,数码变焦倍数较大,但清晰度有限。

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潜望式镜头实现高倍清晰变焦。潜望式镜头是将长焦镜头横向排列,与广角镜头构成垂直布局,利用棱镜折射实现成像,能够在保证手机薄型外观的同时,大幅增加摄像头焦距,但镜头色散抑制是难点,这就对棱镜的折射透光率、摆放精度要求非常高。

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多款手机已搭载潜望式镜头,未来市场前景广阔。目前华为P30 Pro/P40 Pro/P40 Pro 、OPPO Reno系列、Vivo X30已搭载潜望式镜头。华为P30 Pro/P40 Pro/P40 Pro 利用潜望式镜头,大幅下降4摄模组的厚度,实现5⑴0X光学变焦,远超传统的2⑶ 倍光学变焦,可以清晰地拍摄更远处的场景。根据群智咨询数据,预计2020年全球配备潜望式镜头智能手机的出货量将到达0.83亿部,2023年出货量有望突破4亿部,潜望式镜头成为光学变焦升级的1个重要方向。

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2.4. 手机 TOF 开启深度视觉新形态

2.4.1. 世界气象组织:2010⑵019年是有记录以来最热10年 联合国系统关于天气、气候和水的权威机构世界气象组织(WMO)3日发布的最新报告指出,最近1个5年期(2015⑵019年)和10年期(2010⑵019年)的平均温度几近可以肯定是有记录以来的最高水平…【详细】结构光与TOF成为3D Sensing主流

3D结构光借助苹果打开销费电子市场。2017年9月,苹果发布首款全面屏手机 iPhone X,支持脸部辨认,开启生物辨认新潮流。3D结构光方案也由此打开销费电子市 场。目前3D人脸辨认依然是高端手机的必备配置。2019年发行的iPhone11系列和华为 Mate 30 Pro均采取了3D人脸辨认和解锁方案,售价均在5000元以上。3D人脸辨认不但用于手机解锁,还可以用于人脸支付,误识率低于百万分之1,反应时间仅40ms, 生成结果高度可靠他们每天会在尼克斯在郊区的训练中心碰面,阿特金森从纽约的普雷斯特维尔开车过来,林书豪则从哥哥位于下东区家中的沙发上爬起来。。自苹果发布搭载结构光3D Sensing功能后,安卓阵营逐渐推行3D Sensing功能,手机TOF(Time of Flight)镜头配置应运而生。

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手机后置TOF应用和交互场景应用带动TOF渗透率提升。前置3D结构光方案主要被苹果采取,安卓端由于产业链尚不成熟,导入10分困难,后置TOF方案成为安卓厂商重点突破的方向,TOF镜头是深度摄像头的1种,利用飞行时间进行测距。2018年8月,OPPO 率先推出后摄中搭载TOF镜头的R17/R17 Pro两款手机,通过收集景深数据实现细腻的背景虚化效果,随后华为、Vivo等手机品牌也在后置模组中搭载TOF镜头,用于增强拍摄效果,还在3D、AR等交互利用上进行延伸。2019年,主流安卓手机厂商均推出了配置TOF 镜头的手机机型,同时这类配置正在走向中低端机型,未来安卓手机厂商的TOF渗透率将进1步提升。

实现3D Sensing的技术有3种:双目立体成像、结构光和TOF。其中结构光技术最为成熟,已大范围利用于工业3D视觉领域,TOF则由于本身特性快速在手机等移动终端加以利用。

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1)双目立体视觉是基于视差原理,并利用成像装备从不同的位置获得被测物体的两幅图象,通过计算图象对应点间的位置偏差,来获得物体3维几何信息的方法;

2)结构光技术原理是在激光器外放置1个光栅,激光通过光栅进行投射成像时会产生折射,从而使得激光终究在物体表面上的落点产生位移。当物体距离激光投射器比较近的时候,折射而产生的位移就较小;当物体距离较远时,折射而产生的位移也就会相应的变大。这时候使用1个摄像头来检测收集投射到物体表面上的图样,通过图样的位移变化,就可以用算法计算出物体的位置和深度信息,进而复原全部3维空间;

3)TOF技术通过向目标发射连续的特定波长的红外光线脉冲,再由特定传感器接收待测物体传回的光信号,计算光线来回的飞行时间或相位差,从而获得目标物体的深度信息。

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目前主流利用技术为结构光与TOF。结构光与TOF技术由于原理差异,利用领域也不相同。结构光由于测距较近、对比明系统要求较高,适用于安全性要求高而丈量距离较近的场景,比如人脸辨认、AOI检测等,苹果是目前结构光技术利用的主力军,预计未来苹果新机在前置将继续延用结构光方案。而TOF凭仗其不容易受外界光干扰、 刷新响应速度快的特性适用于丈量远距离场景,除手机以外利用范围广泛,比如3D建模、游戏、汽车导航、AR等,未来TOF在单部手机上的利用也会增多,目前华为Mate30 Pro机型已配置前后TOF镜头,单机光学价值量大幅提升。

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2.4.2. 后置TOF镜头将成为标配

苹果发布TOF新机将推动TOF技术利用进程。根据DigiTimes报告,2020年发布的 iPhone将搭载TOF传感器。近期受新冠疫情影响,手机终端及供应商上下游市场遭受重创,手机市场出货量衰退,TOF定单也由此遭到影响。但对TOF市场而言,随着下半年苹果发布TOF新机,TOF技术利用将迎来拐点,苹果在手机市场上具有重要的地位,后期的 TOF利用将会受苹果影响变得更加成熟和普及。根据IDC和朝阳大数据的预测,预计 2020年配置TOF的手机出货量有望到达1.48亿部,2021年将到达2.67亿部。

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5G时期搭载TOF镜头将成为未来趋势。从人脸辨认到AR/VR虚拟现实,TOF有望接力结构光,带来手机产业的全新升级,前置人脸辨认 后置虚拟现实功能可能成为手机下1个发展趋势。对手机来讲,TOF比结构光更合适于3D视觉成像技术。TOF前置镜头也能利用于脸部辨认解锁,加上TOF本身的良好特性,用户体验好,而且TOF本钱较低,利用范围更广,更加手机厂商所青睐,愈来愈多的厂商开始尝试后置摄像头TOF方案。5G商用为手机3D视觉的利用迎来新的发展机遇。在5G技术的支持下,TOF镜头将会逐渐应用以满足VR/AR游戏场景等需求,5G时期搭载TOF镜头将成为趋势。根据Techno Systems Research数据,2019年采取TOF的智能手机渗透率为3%,到2023年渗透率有望突破 30%,成为中高端机型的标配。

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2.4.3. dToF性能优越,5G AR大潮下有望成为市场主流

iTOF和dTOF原理各不相同。激光雷达发射的光波存在两种调制方式:直接飞行时间(dToF)丈量和间接飞行时间(iToF)丈量,dToF和iToF的原理区分主要在于发射和反射光的区分。dToF即直接发射1个光脉冲,以后丈量反射光脉冲和发射光脉冲之间的时间间隔,就能够得到光的飞行时间。而iToF发射的并不是1个光脉冲,而是调制过的光,由于接收到的反射调制光和发射的调制光之间存在相位差,通过检测该相位差就可以丈量出飞行时间,从而估计出距离。

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SPAD TDC 是 dTOF 成败关键。在具体的实现上,dToF 相较于 iToF 来讲难度要 大很多。dToF 的难点在于要检测的光信号是1个脉冲信号,因此检测器对光的敏感度比需要非常高。常见的 dToF 传感器实现是使用 SPAD(single-photon avalanche diode, 单光子雪崩2极管)。另外,从读出电路来看,dToF 需要能分辨出非常精细的时间差(通常使用 time-to-digital converter,TDC 来实现)。例如如果需要实现 1.5cm 的测距精度, 则 TDC 的分辨率需要到达 10ps,这其实不容易。整体而言,dTOF 具有响应快、功耗低、 精度高等优势,未来有望成为 TOF 主流技术趋势。

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dToF进1步提升AR体验。目前苹果iPad Pro用的是dToF技术,而华为Mate30 pro、 vivo NEX等手机采取的是iToF技术。安卓手机利用iToF技术主要是提升照片的立体感, 如华为Mate30 pro 的ToF镜头可精准定位物体深度信息,摄影时成像立体分明,错落有致。而2020款iPad Pro,使用了1颗激光雷达dToF镜头,AR体验的精准度、流畅度将大大提高,功耗也会大幅下降,助力了iPad Pro展现在AR方面强大的利用,例如, Apple Arcade Hot Lava游戏中,iPad Pro可以更快更准确地为客厅建模以生成游戏表面。

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催生5G时期AR杀手级利用,dToF有望成为主流。随着5G网络逐渐普及,VR/AR显示延迟将得到完善解决,在5G网络的加持之下,VR/AR将利用在文娱游戏、医疗、 国防军事、航空航天、智慧城市、设备制造、电视直播等众多领域中,谁能捉住VR/AR, 谁就可以在5G时期大放异彩。dToF的相对iToF丈量精准、分辨率高、响应快、功耗低、抗干扰能力强,技术优势非常明显,是进化版的ToF镜头,可以配合更多AR利用, 未来有望以其技术优势在利用层催生AR杀手级利用,在5G浪潮下推动AR产业快速发展。与此同时 AR的普及也将推动dToF的广泛使用,成为未来TOF技术主流趋势, 也为TOF镜头本身上游供应链带来新的机遇。

3. 全面屏 5G推动光学新市场扩大小保加

3.1. 全面屏时期屏下指纹辨认开启新解锁方式

3.1.1. LCD光学屏下指纹有望2020年量产

指纹辨认是生物特点辨认技术中的1种。生物特点辨认技术是指利用人体的生理特点或行动特点来进行个人身份鉴定,可用的生物特点辨认技术有指纹、人脸、声纹、虹膜等。其中,指纹辨认在生物特点辨认技术中利用较为广泛。最近几年来,指纹辨认技术逐渐利用到智能手机上,成为支持手机解锁、在线支付的重要技术之1。

屏下指纹方式兴起。如今,由于手机全面屏技术的突破,屏下指纹应运而生。屏下指纹技术(Fingerprint on Display, FOD),是指在屏幕玻璃下方完成指纹收集并完成辨认的新技术,主要利用光学、超声波等穿透技术,穿透各种不同的材质,从而到达辨认指纹的目的。屏下指纹辨认比较稳定,可以较大程度地下降手指污垢、油脂和汗水对解锁的影响。屏下指纹主要有两种:光学屏下指纹和超声波屏下指纹。光学屏下指纹抗环境光干扰性强,但是指纹辨认容易受污渍影响;超声波屏下指纹辨认抗污渍能力较强,但成像质量低,辨认率也有待提升。

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光学屏下指纹有望大范围利用于LCD。光学屏下指纹目前大部份是用在OLED屏幕上,其原理是当用户按压OLED屏幕后,OLED产生的光线会照耀手指纹理,然后光线再反射到屏幕下的指纹辨认传感器上,产生指纹图象,进而与数据库进行对照分析,终究辨认指纹。目前光学屏下指纹辨认技术成熟,是屏下指纹辨认的主流。智能手机使用的光学屏下指纹放弃了传统光学系统,改用手机屏幕作为光源,因此自发光的OELD屏幕1直是光学屏下指纹的选择。但在2019年,LCD屏下光学指纹方案有所突破。2019年4月底,国内厂商阜时科技展现了LCD屏的屏下指纹解锁方案,以后友达宣布推出全球首款全屏幕光学指纹辨认LCD屏幕,同年6月京东方副总裁刘晓东表示京东方LCD屏下光学指纹感测技术已研发成功。2020年初,汇顶科技CEO张帆表示公司将在今年实现LCD屏下光学指纹方案的量产。

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3.1.2. 光学屏下指纹辨认范围不断提升

屏下指纹辨认利用范围显著扩大。以智能手机为例,智能手机显现全面屏趋势,若采取电容式指纹辨认方式,会造成手机装备外观的影响,最近几年来传统电容式指纹辨认方式在手机上的利用占比快速降落,屏下指纹辨认占比不断提升。根据Trendforce数据,2018年屏下指纹辨认在指纹辨认中的占比仅为4%,2019年上升至23%,到2022年有望到达50%。

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全面屏需求驱动光学指纹渗透率提升。目前,光学指纹辨认产业链成熟,供应商数量较多。光学式屏下指纹辨认凭仗其技术优势、成熟的供应链和良好的用户体验,获得了大部份的市场份额。根据Trendforce数据,2019年屏下指纹辨认中,光学占82%,超声波占18%。当下,全面屏手机已成为智能手机选择的主流,随着光学屏下指纹辨认技术的进1步成熟,本钱会快速降落,应用光学屏下指纹方案的手机厂商会逐渐增多。同时,随着2020年LCD屏下指纹辨认方案量产,光学屏下指纹技术将会下沉到千元机的市场,渗透率将会得到快速提升。根据IHS Markit数据,2019年光学式指纹辨认模组的出货量为1.8亿颗,2021年出货量有望超过2.8亿颗。

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光学屏下指纹辨认将成为指纹辨认主流。根据CINNO Research预测,2024年全球支持屏下指纹解锁的手机出货量将到达12.6亿部,对应2019⑵024年CAGR为89%。目前,光学式屏下指纹辨认技术相对成熟,产业链内有众多供应商,市面上大部份全面屏手机应用的都是屏下光学指纹辨认解锁方案,代表品牌有华为P30与Mate30系列、小米9系列等。随着相干技术和产业链进1步完善,加上LCD屏下指纹辨认方案有望在2020年实现商用突破,量产可期,光学屏下指纹本钱会大幅下降,加速渗透市场。我们预计在未来光学屏下指纹辨认都将是市场主流,有望占据市场绝对优势。

3.2. ADAS渗透率提升,车载镜头市场空间广阔

车载摄像头利用广泛。光学镜头在汽车领域利用广泛,摄像头可将外部环境中车辆、行人、道路标志等相干信息进行及时反馈。自2012年以来,车载摄像头利用进入快速成长阶段,如车载摄像头取代后视镜,在坐舱内通过液晶显示屏同步显示车身周围环境,保证安全驾驶。车载摄像头配合雷达、红外线等构成汽车辅助驾驶系统,包括倒车辅助影响,行车监控录相等,为驾驶者提供更加全面的安全保障。

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车载镜头是自动驾驶功能实现的必备传感器。智能驾驶旨在通过人工智能、全球定位、雷达监控等技术支持,辅助或替换人类直接参与到机动车辆的驾驶进程。其中,高级驾驶辅助系统(ADAS)是自动驾驶的主流发展趋势,这1系统将通过安装在车身上的激光雷达、单/双目摄像头等多种传感器,搜集行车进程中外部环境数据,结合导航仪地图,应用算法加以系统性运算和分析,做出相应行动判断并及时告知驾驶者,保障汽车安全驾驶。随着汽车驾驶自动化发展,特别是ADAS渗透率提高,车载镜头成为ADAS车道偏离预警、交通标志辨认等众多功能实现的必备传感器组件。根据安装位置的不同,可分为前视、后视、环视、侧视、内置5种,将与雷达等其他车载传感器共同作用,感知汽车行驶进程中的环境变化,进行动态、静态物体辨认、侦测及追踪,从而预先告知驾驶者潜伏风险,以提升驾驶的安全性及舒适性。

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智能驾驶将驱动车载镜头需求增长。1般来讲,ADAS系统功能完全实现需要单车配备最少6个摄像头,随着自动驾驶化程度提升,将驱使车载摄像头数量增长。目前特斯拉Autopilot2.0使用8颗摄像头,其中包括3个前视、3个后视及2个侧视,索尼首次对外公布的智能汽车产品“VISION-S”在车身内外嵌入33个传感器,其中包括12个车载摄像头,为驾驶者提供全景影象,以全方位保证车辆行驶安全。自动驾驶技术将有效增进驾驶安全,美国、日本等多国政府鼓励安装ADAS系统,进而加速ADAS技术渗透,车载摄像头需求将保持强劲,加上汽车市场范围基数较大,车载镜头市场范围将进1步提升。根据IHS及智研咨询数据, 2014⑵020年,全球车载摄像头出货量将从2800万枚增长到8277万枚,CAGR将到达16.75%,2015⑵020年,车载摄像头市场范围将从78亿元增长到171亿元,CAGR为13.98%。

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3.3. 光波导成为AR成像主流技术,AR有望向C端普及

AR/VR终端产品种别多样,1体机将成为发展方向。增强现实技术(Augmented Reality,简称AR)是1种实时计算摄影机影象位置及角度,通过结合图片、视频、3D模型等在屏幕上实现虚拟环境和现实世界结合互动的技术;虚拟现实技术(VirtualReality,简称VR)则可以通过计算机仿真系统摹拟虚拟世界,提供交互式的3维实景和实体行动,以便于用户沉醉环境中进行体验。目前,市场上的AR/VR产品大致可分为移动端头戴显示装备、外接式头戴装备及1体机式头戴装备3类,其中移动端头戴装备生产本钱低,使用门坎低,是入门体验级VR产品;外接式头戴装备依托外接装备为用户显现高沉醉感VR效果及极佳的体验感,是目前市场上的主流VR产品;1体式头戴装备统筹性能和轻便性,对生产工艺技术要求较高,是未来AR/VR产品发展的主要方向。

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5G浪潮推动万物互联,AR/VR发展迎新机。随着5G时期到来,AR/VR产业将进入新的发展阶段。目前,因遭到通讯技术限制,AR/VR产品存在动作延迟、分辨率较低,易产生晕眩感等问题,5G通讯建设后,高带宽、传速快、低时延的网络特性将为消费者带来全新用户体验。同时,借助于高速稳定的网络,5G 云渲染技术将提升图象渲染分辨率。华为Cloud AR/VR可使得虚拟图象的生成从本地移动到云端,使终端使用更加操作简单,依托于云真个强大数据存储和计算处理能力,将减少VR/AR产品对高性能CPU的依赖,从而下降使用本钱,增进AR/VR的广泛利用。

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微型显示器和光学元件组合是AR眼镜成像关键。1般来讲,对AR/VR等智能眼镜的硬件部份由近眼显示(NED)、利用处理系统(AP)、外观设计等构成,其中近眼显示(Near-eye Display,简称NED)是AR/VR硬件装备的核心所在,旨在将显示器上的像素通过光学元件成像,构成虚像并投射在人眼中。其中,AR相比于直接显示虚拟图象的VR技术来讲,因其成像系统不能挡在视野前方,需要实现透视,所以需要多加1组光学组合器以“层叠”的情势,将虚拟信息和真实场景融为1体。目前,AR眼镜的显示系统多为包括LCOS、LBS、Micro OLED等微型显示屏和棱镜、自由曲面、光波导、Birdbath等光学元件的组合,这些光学元件是决定AR眼镜成像效果的关键。

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视场角大小和体积的之间的矛盾是AR眼镜技术痛点。AR/VR装备成像质量不但取决于微型显示屏的分辨率,也会遭到近眼光学设计的影响,包括视场角(Field of View,简称FOV)、眼距(Eye Relief)、眼动范围(Eye Box)等。视场角大马刺官方更新了球队伤病报告,拉马库斯-阿尔德里奇因右脚伤势将缺席本日比赛。上1场对阵活塞的比赛阿德也因右脚酸痛未能出战。马刺将于北京时间本日上午9点30分坐镇主场迎烽火箭。多不超过30度,近两年有新的技术突破,AR眼镜成像时,视场角FOV越大,虚拟图象越大,沉醉感越强,但是,市面上的AR眼镜不管是采取棱镜还是自由曲面的组合方案都面临着的视场角越大,光学镜片越厚的技术痛点,平衡视场角大小和装备体积的之间的矛盾是AR眼镜亟需解决的技术问题。

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光波导“全反射”无损成像成为主流技术,推动AR在C端普及。光波导技术包括耦入、波导、耦出3部份,可将光线耦合进入玻璃基地,并通过“全反射”原理传输至眼前方释放,实现视场折叠和复原,保证光线无损传输。光波导的无漏损传输和高穿透性在实现了轻浮光学镜片的同时,亦可为用户提供较大的FOV,保证眼镜成像清晰。另外,光波导是独立于成像系统而存在的单独元件,可将显示屏和成像系统移到额头顶部或其他位置,减少对用户的视野阻挡,优化装备佩戴感受。因此,光波导技术逐步被视为满足AR眼镜成像需求的主流解决方案,有望增进AR眼镜向C端普及。

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AR/VR有望成为5G终究受益端。目前VR产业逐步步入高速发展阶段,产品形态基本成型,成像画质逐步提升,用户体验不断优化。5G通讯网络高速传送及云渲染技术有望推动AR/VR产品技术进1步更迭,刺激市场需求增长。根据IDC数据,2021年全球独立AR及VR硬件出货量将分别到达2700万件、7200万件。而赛迪顾问数据显示,截止2021年,我国AR/VR市场范围将到达544.5亿元,同比增长95.2%,AR/VR有望成为5G最受益终端。

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