图像传感器行业专题报告：新技术新应用出现，CIS市场持续成长

1、图像传感器

1.1.图像传感器种类

图像传感器是一种将光信号转化为电信号的设备，被广泛应用在数码相机、 智能手机、视频监控等光学设备中。较为早期的图像传感器主要采用模拟信号， 以摄像管为主（video camera tube），常见于二十世纪三十至八十年代，摄像 管的主要原理是使用被偏转的阴极射线扫描受光辐射成像的靶，最终将光信号 转变为与入射光强度相关的电信号。

1969 年电荷耦合器件 CCD（charge-coupled device）由美国贝尔实验室的 威拉德以及乔治所发明，通过光电效应可以使 CCD 表面产生电荷，进而组成数 字图像。此后 CCD 被广泛应用于数码相机、扫描器以及摄像及的光感组件，其 光效率可以达到 70%，即可以捕捉 70%的入射光，远远好于传统软片的 2%。

与 CCD 几乎在同个时间，1968 年美国无线电公司团队成功研发出第一个互 补式金属氧化物半导体（CMOS）集成电路，可以执行光信号到电压的转换，电 压经过放大和量化后最终变成输出的数字信号。

1.2.CMOS 超越 CCD 成为主流

在 CCD 出现后，摄像管由于体积以及成像效果等原因，CCD 摄像器件逐渐 取代了摄像管的摄像器件。到现在，大多数的数码相机采用了 CCD 或者 CMOS 图 像传感器。

CCD 图像传感器基于模拟信号，当光照射到其表面时，产生信号电荷，然 后转换成电压，并按照指定的时序将图像信号输出。

CMOS 传感器则是基于半导体的有源像素传感器，当受到光照时，每个光电 传感器附近有相应的电路直接将光能量转换成电压信号，与 CCD 有差异的地方 时，其并不产生信号电荷。

这两种技术在成像质量的差别并不大，在同等条件下，CMOS 图像传感器所 用的元件数相对更少，从而功耗较低，数据吞吐速度也比 CCD 更高。此外，CMOS 的整体制造成本要比 CCD 传感器低，并随着 CMOS 成像技术不断提升，消费型 数字相机都广泛采用 CMOS，使得 CCD 的市场占有率从 2010 年代起不断下降， 全球第一大 CCD 传感器生产商索尼宣布与 2017 年起停止生产 CCD。

1.3.CIS 市场空间持续增长

到现在 CIS 已经成为半导体业务中最活跃的领域之一，市场空间持续增长， 根据 IC Insight 数据，2018 年全球 CIS 的销售额为 142 亿美元，2013 年仅为 74 亿美元，2013-2018 年均复合增长率为 13.9%，预计到 2023 年，整体市场规 模将达到 215 亿美元，2018-2023 年复合增长率为 8.7%，虽然增速略有下滑， 但是市场规模将逐年创新高。

从出货量看，2013 年全球 CIS 出货量仅为 26 亿颗，2013-2018 年保持 16% 复合增长率，至 2019 年预计全球出货量达到 61 亿颗，2023 年有望突破 95 亿 颗，2018-2023 年全球 CIS 出货量年复合增长率达到 11.7%。

目前 CIS 行业发展是由智能手机和汽车应用推动的，对于智能手机摄像头 的创新将会继续，尽管这个领域的竞争会非常激烈。为了保持竞争力，CIS 厂 商正将越来越多的功能整合到移动 CIS 中，例如广角、长焦、微距。

许多其他应用将成为 CIS 未来增长的一部分。许多 IDM 和 Fabless 厂商正 在为新兴的更高利润率的 CIS 芯片，如汽车、安全、医疗和其他领域。这些领 域出现了巨大的机会，推动了新兴供应商和现有供应商的市场和技术工作。这 些新兴的机遇正在将移动成像技术推向其他增长领域，未来可能会看到从视觉 成像到视觉感知以及其他交互式应用的转变。

CIS 具备广泛的下游应用市场，包括手机、汽车、安防、工业、医疗等，其 中智能手机是 CIS 最大的终端市场，占到了整体市场规模的 63.89%，其次是单 反市场占比 7.8%，汽车占比 6.46%，工业市场占比 6.32%，安防市场占比 6.09%。

根据 IC Insights 预测，2018-2023 年，CIS 下游应用中汽车领域年均复合增速将达到 29.7%，是增速最高的领域，智能手机领域由于基数较高，且智 能手机销量逐步下滑，预计到 2023 年市场规模为 98 亿美元，复合增速仅为 2.6%；此外安防、工业、医疗领域增速也将保持较高水平。

1.4.CIS 产业链

目前在 CIS 产业中主要分为以下几钟模式，第一种是 IDM 模式实行设计生 产一体化，可以更好的把控供应链，及时对市场需求进行反应，主要厂商为索 尼以及三星；第二种是 Fabless 模式，产业链内进行分工，由设计厂如豪威、 格科微进行设计工作，然后交由晶圆代工厂台积电、中芯国际等进行代工，最 后由封测厂晶方科技进行 CIS 的封测；此外还有 fablite 模式，自身负责设计 及销售，其中有部分晶圆交由代工厂代工。

从行业内竞争格局来看，索尼处于绝对的领先地位。日本调研公司 Techno Systems Research（TSR）发布了 2019 年图像传感器市场报告。索尼以 49.1% 的份额排名第一，第二名是三星份额只有 17.9%，与索尼差距较为明显；第三 名是美国半导体公司豪威科技，目前已经被国内上市公司韦尔股份收购，占据 9.5%的市场份额，2018 年豪威市场份额为 11.5%，相比有一定程度的下滑。

从 CIS 封测市场竞争来看，主要的厂商包括中国大陆晶方科技、华天科技， 中国台湾主要厂商有欣电、精材、胜丽等。欣电具备全球最大的 CIS 封测产能， 晶方科技是全球第二大，也是大陆首家能为 CIS 提供晶圆级芯片尺寸封装量产 服务的专业封测服务商。

2.大像素及多摄成为移动 CIS 主要发展动力

2.1.发展初期大像素为主要方向

2000 年夏普发布了全球第一款拍照手机 J-SH04，其搭载了具备 11 万像素 的 CCD 摄像头，并在三年后推出了首款具备百万像素的手机 J-SH53，是手机拍 照领域的先驱者。

到 2006 年，消费者对手机拍照需求逐步提升，三星在行业内内第一次推出 了千万级像素的手机 B600，还具备 3 倍光学变焦以及 5 倍的数码变焦，实现了 手机拍照向数码相机的靠近。

2010 至 2013 年间，由于缺乏 AI 算法，所以为了提升手机拍照的细腻程 度，提升手机像素成为最为便捷的方法，手机摄像头像素不断刷新纪录，其中 2012 年诺基亚 808 更是搭载了 4100 万像素图像传感器

2.2.多摄开启智能手机摄像头发展新方向

受制于手机体积，摄像头不能无限制的提升，更多的手机厂商开始关注传 感器的成像质量以及大像素，此外为了弥补单一摄像头功能的限制，iPhone 7 Plus 也率先搭载了双摄像头，开启了智能手机摄像头发展新方向。

如今，多摄加大像素已经成为手机发展的主要方向，目前市场上拍照性能 最强劲的华为 P40 Pro+搭载了前二后五共计七颗摄像头，功能上搭配了广角、 超广角、长焦、超长变焦以及 3D 深感。

2.3.多摄比例一路攀升

根据 Omdia 统计报告，过去三年时间里，智能手机单摄占比从 2017Q1 接 近 90%下降至 2019Q4 的 23%，多摄占比一路攀升，占比接近八成，2019Q4 三摄 智能手机占比 31%已经高于了双摄手机 30%的市场份额，成为市场上最主流的 方案，此外四摄占比也不断提升，占到总出货量的 15%。

预计未来三摄将会加速在中低端机型中渗透，而四摄则会开始在各大品牌 的旗舰机中渗透，同时各大厂商也将逐步推出后置五摄的高端机型。

根据 IHS Markit 统计显示，虽然全球智能手机销量下降，但是受益于多摄 占比的提升，摄像头出货量在 2019 年仍处于增长态势，出货量相比 2018 年同 比增长 25.8%，在 2020 年仍有 15%左右的增长。

市场需求的快速提升也促使 CIS 厂商索尼、三星、豪威科技和海力士等扩 大了生产能力，以争夺市场份额。索尼将保持每年 10%的速度进行扩产，其中 有 70-80%的产品将出货至中国，三星也将自建晶圆厂在两年时间扩大 50%的产 能，而豪威科技是 fabless 模式，预计将通过台积电、中芯国际、上海华力等 代工厂扩大 50%产能。

3.汽车 CIS 领域保持高增速

3.1.ADAS 发展推升摄像头用量

车载摄像头是摄像头领域内增长速度最快的领域，根据 IC Insights 预计， 2018 至 2023 年，车用 CIS 市场规模将从 8.7 亿美元增长至 32 亿美元，年均复 合增长率达到 29.7%。随着 ADAS 的逐渐普及，基于摄像头的视觉系统是 ADAS 的核心，摄像头的使用量将逐渐提升。

根据德勤统计，针对不同自动化等级的汽车，所配备的摄像头数量也不相 同，L2 级别的汽车仅需配置 1 个环视摄像头，L3 级别则增加至 4 个环视摄像 头，达到最高 L5 等级则需要配置 5 个环视摄像头、4 个长距离摄像头以及 1 个 立体摄像机。

3.2.车用摄像头性能要求更高

车载摄像头通过安装位置的不同，可以分为前视、侧视、后视和内置四种， 按照摄像头的功能应用则可以分为行车辅助类、驻车辅助类以及驾驶员监控三 大类。

车规级摄像头相对于消费级摄像头性能要求更高，在耐高温、抗震、防磁、 防水等方面都有严格的要求。

3.3.车用摄像头市场将保持较快增长

根据 yole 的统计数据，2018 年全球汽车图像传感器市场规模为 9.34 亿美 元，出货 CIS 数量 1.24 亿颗，其中安森美占据了领先地位，市场份额为 36%， 豪威科技排名第二，占比 22%，其次是索尼获取了 10%的市场份额。

从汽车摄像头模组的整体市场规模来看，2018 年规模达到了 30 亿美元， 预计在 2024 年将达到 57 亿美元，年均复合增长率约为 11%，整体呈现出持续 上涨的态势。在面向 ADAS 具体的应用时，车道偏离预警、前撞预警、行人碰撞 预警、车道保持辅助、紧急制动刹车、自适应巡航、交通标示识别等都需要应 用摄像头。

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