中金 光学系列深度：国产替代和全球领先并进，CIS芯片有望迎来新格局（下）

汽车、安防、ARVR快速增长，产品应用百花齐放

汽车：手机外第二大市场

ADAS推广、汽车电子化驱动汽车CIS量价齐升

ADAS渗透率提升驱动机器视觉摄像头搭载量增长。1）摄像头具有物体分类识别性能好、价格较低的特点，在ADAS系统中有不可替代的作用和较高的性价比。2）自动驾驶等级提升将带动摄像头数量增长。造车新势力摄像头搭载方案更为激进，电动化趋势提升摄像头搭载量。新能源汽车采用电气化架构，与ADAS天然适配，而传统燃油车的机械架构需经过较大幅度的调整才能通过电子技术实现瞬时响应，故摄像头搭载量呈现新能源汽车高，燃油车低的特点。例如蔚来汽车于2021年发布的ET7的Aquila超感系统搭载11个800万像素高清摄像头，对摄像头数量和像素均进行了升级。汽车销量趋于稳定，单车搭载摄像头数量提升将驱动CIS出货量增长，根据Yole预测，全球汽车摄像头搭载量有望从2019年1.6颗增长至2025年3.2颗。

图表22：自动驾驶等级提升带动摄像头数量增长

资料来源：Strategy Analytics，盖世汽研，中金公司研究部

ADAS等级提升和智能座舱大屏化趋势的像素升级需求支撑汽车CIS价格提升。1）对于机器视觉摄像头：更远的探测距离是ADAS等级提升的必要条件，根据蔚来汽车数据，摄像头从1.2MP提升至8MP使得对汽车、行人的探测距离分别从229m、74m提升至687m、223m。2）对于驾驶员视觉摄像头：车载显示屏呈现大屏化趋势，根据Omdia数据，2Q21国内市场10英寸以上车载面板出货量的占比达到34%，该比重较2Q19实现了翻倍增长。目前用于倒车影像的后置摄像头主流分辨率为VGA，低像素在大尺寸显示屏会出现锯齿感，大屏化趋势将推动驾驶员视觉摄像头的像素升级。3）根据TSR数据，2020年200万及以上像素车载摄像头占比为22%，预计2023年将提升至43%；根据Frost&Sullivan数据，全球汽车CIS均价2020年约为5.1美元，预计2025年将提升至5.6美元。

图表23：全球车载摄像头像素升级（出货量口径）

资料来源：TSR，中金公司研究部

图表24：全球汽车CIS均价提升

资料来源：Frost&Sullivan，中金公司研究部

产业链方面：汽车供应链相对于手机更复杂，在经过设计、代工和封装测试环节后，由模组厂采购组装形成摄像头模组，然后经由摄像头Tier1供应商完成系统集成后交付给整车厂。CIS厂商还可以通过与算力厂商合作，提前布局进入整车方案。我们看到以国内“造车新势力”为代表的新能源车企也开始走向台前，开始更多地和CIS厂商形成直接合作。

图表25：汽车CIS产业链

资料来源：盖世汽车研究院，中金公司研究部

竞争壁垒：技术、可靠性、认证周期

高动态范围（HDR）、LED闪烁抑制（LFM）是两大主要技术难点和迭代方向。

1）一般而言自然界部分场景的动态范围会大于100dB，智能手机CIS动态范围一般在60dB~70dB之间；为保证摄像头能在隧道等极端场景下准确识别物体，汽车CIS动态范围一般要求大于100dB。2）汽车需要准确识别红绿灯信号，信号灯的LED驱动常采用脉冲调制方式，通常以90Hz的频率闪烁。若CIS曝光时间较短，可能导致曝光时间与LED开启时间错位，系统对LED 的闪烁状况产生误判，而简单延长曝光时间会产生“过曝”问题。

汽车对高可靠性的要求构筑更高壁垒，进而导致更高均价和市场集中度。

汽车需要依据摄像头连续进行信息感知并基于信息实时决策，故汽车CIS有较高的性能稳定性要求。除此之外，可靠性要求还主要体现在使用寿命及使用环境两方面。1）使用年限方面，机动车的报废年限约为15年，更新周期远长于手机，因此对使用寿命要求更长。2）使用环境方面，汽车CIS追求能在极端环境下稳定工作，比如，汽车CIS要求在暗光环境下清晰识别汽车、行人等外部环境；工作温度范围要求更广，汽车CIS要求的工作温度范围为-40℃~105℃，而手机CIS一般只要求在-30℃~70℃正常工作。更高的技术和性能要求支撑了汽车CIS更高的产品价格，行业更高的壁垒也导致了更高的集中度，根据TSR数据，2018年全球车载CIS由安森美主导，豪威紧随其后，且行业集中度呈现提升趋势，车载成像CIS的CR3由2016年82%提升至2018年的90%。

车载CIS认证周期长，一旦切入供应链与下游合作更稳定。

一般而言图像传感器开发完成后，需要通过ISO 26262安全性认证、AEC Q100可靠性认证等一系列认证才能在汽车上正式应用，认证周期长达2~3年。更长的认证周期导致了汽车电子供应链难进入也难被挤出的特性，一旦切入供应链将预期与下游有更长期稳定的合作。

图表26：汽车供应链认证体系

资料来源：电子发烧友，中金公司研究部

安防：行业增速有所加快，国内厂商占优势

应用场景广泛，政策是主要驱动力

视频监控是CIS在安防行业主要应用领域，下游应用场景广泛。1）安防设备主要包括视频监控、防盗警报、出入控制、楼宇对讲等，其中视频监控是最主要细分市场，也是CIS的主要应用领域。根据A&S数据，2019年中国视频监控设备市场规模为701亿元，在国内安防设备市场占比超过50%；根据IDC数据，2018年中国视频监控市场支出结构中64.3%为摄像头。2）视频监控设备的下游应用场景广泛，包括交通、城市治安、政府项目、金融等。其中，G端客户是主要收入来源，根据IDC数据，2018年视频监控市场政府占比47.6%。同时，视频监控市场存在长尾效应，包括园区、零售、学校、工地等碎片化应用场景，能有效平抑下游市场景气度的周期性波动，增长相对更稳健。

安防AI渗透率提升推动CIS均价提升。1）传统视频监控行业只负责感知，由人工进行分析，通过引入AI、大数据等技术，视频监控可实现实时的信息提取分析，具备人脸身份确认、车辆识别、行为分析等多种功能，大幅提升工作效率。2）智能安防对成像性能提出了更高的要求，目前安防CIS主流像素已经从几十万提升至几百万，根据IHS数据，2018年出货的网络摄像头25%超过400万像素，预计2023年400万像素以上网络摄像头出货量将增长到70％；根据Omdia数据，2020年AI摄像机的出货比例为16%，预计2024年该比例将提升至58%。

图表27：智能视频监控发展历程

资料来源：IHS，中金公司研究部

技术要求介于手机、汽车之间

安防CIS对帧率、动态范围、感光度等性能参数的要求较高。安防摄像机需要在可见光不足、暴晒高温及其他各类的苛刻环境条件下保持长时间正常工作，且需要具备清晰拍摄高速移动物体的能力，故安防CIS需要有较高的帧率、动态范围、感光度，且需要配备全局快门技术。我们认为安防技术和汽车技术存在一定相似性，因此安防领域厂商更有机会切入汽车市场。

图表28：安防CIS技术特性对比

资料来源：思特威招股说明书，中金公司研究部

高近红外感光度是安防CIS的重要技术演进方向。由于安防摄像头需要在几乎完全黑暗的条件下成像，而夜晚近红外光子比可见光子多，故常采用近红外成像；且由于安防摄像头需要一定隐蔽性，常采用人眼无法感知的近红外光LED灯补光辅助成像。对应于CIS，由于近红外光波长更长，导致传统像素结构下量子效率较低，常用的解决路径为增加光电二极管的深度、增大光信号在光电二极管中的光程。以Nyxel技术为例，豪威通过增加硅厚度、在光电二极管四周设置散射层延长光程，实现了量子效率的大幅提升。

竞争格局：行业集中度相对分散，思特威、豪威、索尼市占率前三

根据Frost&Sullivan数据，2020年思特威、豪威、索尼出货量占比分别为35%、29%、16%；2020年豪威、索尼、思特威销售额占比分别为33%、25%、22%。

AR/VR：成为下一个潜在高增市场

AR/VR出货量快速提升，有望成为千亿级市场。我们认为，AR/VR有望接力PC、手机成为下一代移动算力平台。

图表29：未来潜在入场玩家及设备展望

资料来源：Creal，中金公司研究部

图表30：AR/VR产品中的一些传感器

资料来源：中国信通院，电子发烧友，中金公司研究部

CIS主要用于AR/VR的定位和交互，目前主流产品单机用量为4-6个。1）AR/VR应用中，CIS主要用于眼动追踪和面部识别等感知交互功能，单个摄像头CIS用量一般为1个。2）VR方面，Oculus Quest2 、Pico Neo 3和HTC Vive Focus 3均配有4个摄像头。AR方面，需要在近眼显示的基础上叠加虚拟信息至真实世界，微软Hololens AR眼镜的摄像头数量已达6个。

图表31：当前主流VR产品价格下沉、摄像头数量多为4个

资料来源：各公司官网，中金公司研究部

价格下沉和感知需求提升，单机CIS数量或将提升至6-10个。1）设备价格进一步下探，如消费级产品NOLO Sonic发售价1,999元人民币，有望进一步扩展VR市场空间。2）随着感知人和感知环境两个方面性能要求的提升，摄像头颗数有望达到6-10个，对应CIS单机用量提升至6-10个。根据我们测算，审慎预计，假设AR/VR设备中单颗CIS芯片价格为1美元，未来每台AR/VR设备平均配备6颗摄像头（对应6颗CIS），2025年市场规模为2.61亿美元，未来五年CAGR有望达51.2%。

图表32：AR/VR市场空间测算

资料来源：Statista，中金公司研究部

竞争：新兴市场尚未放量，韦尔率先布局卡位赛道

AR/VR应用中对像素需求并不敏感，对高帧频、近红外性能和全局快门技术要求较高。1）VR耳机中Pass-Through功能对传感器提出高帧频需求；2）眼动追踪和手势识别等人机交互对传感器的红外性能要求更高；3）手势感应等人机互动需要近红外高灵敏的全局快门传感器。

图表33：AR/VR应用中对CIS的技术需求

资料来源：豪威官网，中金公司研究部