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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