图像处理芯片专题分析报告.docx

1、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 IC insight 2016 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 4

2、2%、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

3、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 42CMOS 传感器逐步代替 CCD 传感器成为主流 62.1CIS 行业技术发展与趋势得

4、技术者得天下 62.2CIS 市场概况 92.3下游需求仍将保持旺盛 93视频处理芯片计算机视觉芯片将成为主流 154主要视频芯片厂商 184.1全球CIS 相关公司 184.2图像处理芯片相关厂商 225推荐标的 276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 ISOCELL PLUS 技术 7图表 8：传统 2 层堆叠式CIS 对比 3 层堆

5、叠式CIS 8图表 9：具有ADC 模块的 CIS 8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 19：3D sensing 增长趋势 12图表 20：3D sensing 技术特点分析 12图表 21：预计 3D

6、 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 H265 500 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

7、 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：On Semi 营收（百万美金）以及增长率 21图表 38：On Semi 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)

8、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） 271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（Mega Pixels，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

9、，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 40003000=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/720P1280720921,600QVGA/960P12809601,228,8001.3MP128010241,310,7202MP/1080P192010802,073,6002.3MP192012002,304,0003MP204815363,145,7285MP256019204,915,2006MP303220086,088,2568MP32

10、6424487,990,272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：

11、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：wikipdia Ambarella 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-Coupled Device） 与 CMOS 传感器（CIS，CMOS Image Sensor）。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

12、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：IC insights 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

13、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

14、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 ISOCE

15、LL Plus， 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 ISOCELL PLUS 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 ISOCELL PLUS 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 stacked CIS。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

16、，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， Analog Digital Converter）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

17、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（Integrated Device Manufacturing，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 IC insights 2016 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 CA

18、GR=13.6%。我们的预测数据高于 IC insight，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20 815 610 45 20 008 09 10 11 12 13 14 15 16 17 18F 19F 20F 21F销售

19、额（十亿美金）来源：IC Insights 国金证券研究所 来源：Yole Developpement 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：YOLE Development 国金证券研究所 来源：IC insights 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

20、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 P2

21、0 Pro 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 16001400120010008006004002000 来源：Wind、IC insights、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

22、能手机双摄对于 CIS 需求（单位：亿）20172018E2019E2020E手机出货量14.6214.6214.9115.21YoY0%2%2%双摄手机渗透率10.00%20.00%40.00%60.00%双摄手机出货量1.462.925.969.13双摄手机需要CIS 数量（3 颗/台）2.928.7717.8927.38非双摄手机出货量13.1611.708.956.08非双摄手机需要 CIS 数量（2 颗/台）26.3223.3917.8912.17合计29.2432.1635.7939.55来源：中国产业信息 国金证券研究所3D 感测（3D Sensing）将增加红外 CMOS 图像

23、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 3D sensing 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 19：3D sensing 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：智能手机：人脸识别、AR

24、、手势识别工业：3D 定位、无人机器人、图案（Pattern）识别智能家居：手势识别、光线感应、人体感应。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（structured Light)、TOF(Time of Flight)与双目测距(Stereo Vision)。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 20：3D sensing 技术特点分析结构光（structured Light)TOF(Time of Flight)双目测距(StereoVision)原理投射编码过的红外光，在不同物

25、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 Xbox Kinect，未来手机后置有可能采用 ToFN/A来源：XX 国金证券研究所从上表可以看出，3D sensi

26、ng 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 45m，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 Xbox One 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

27、（亿颗）20172018E2019E2020E手机出货量14.6214.6214.9115.21YoY0%2%2%前置 3D 感测渗透率0.80%4.00%8.00%15.00%所需CIS 数目0.120.581.192.28后置 3D 感测渗透率0%0.80%4.00%8.00%所需CIS 数目0.000.120.601.22合计所需CIS 数目0.120.701.793.50YoY600%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

28、。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

29、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）20172018E2019E2020E汽车产量9,70010,08810,49210911辅助驾驶渗透率（预计）5%10%18%30%具备 ADAS 车数量4851,0091,8883273摄像头需求量（5/车）2,4255,0449,44216367不具备 ADAS 车数量9,2159,0798,6037638摄像头需求量（1/车）9,2159,07986037638摄像头合计11,64014,1231804524005YoY21%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%。