CMOS图像传感器研究报告:手机是最大领域,百亿美金市场增势强劲

2020-7-7 11:37| 发布者:风华正茂| 查看:65| 评论:0

摘要:CMOS图像传感器(CIS)增长迅速,CMOS凭借低成本、设计简单、尺寸小、功耗低、高集成度等优势,目前在民用消费电子市场迅速取代了CCD(电荷耦合器件),市场份额已超过99%。


CMOS图像传感器(CIS)增长迅速,CMOS凭借低成本、设计简单、尺寸小、功耗低、高集成度等优势,目前在民用消费电子市场迅速取代了CCD(电荷耦合器件),市场份额已超过99%。

目前,手机是CMOS图像传感器最大的终端用户市场,未来几年汽车将成为增速最大的下游应用领域。随着下游终端需求领域的快速扩散,行业将迎来新一轮成长高峰。


CMOS图像传感器研究报告:手机是最大领域,百亿美金市场增势强劲



▌变“光”为“数”,图像传感器精密而关键

图像传感器是当今应用最普遍、重要性最高的传感器之一。其主要采用感光单元阵列和辅助控制电路获取对象景物的亮度和色彩信号,并通过复杂的信号处理和图像处理技术输出数字化的图像信息。

图像传感器中的感光单元一般采用感光二极管(photodiode)实现光电信号的转换。感光二极管在接受光线照射之后能够产生电流信号,电流的强度与光照的强度成正比例关系。

图像传感器主要分为CCD图像传感器和CMOS图像传感器两大类。CCD和CMOS都是利用感光二极管进行光电转换,将图像转换为数字信号,但二者在感光二极管的周边信号处理电路和感光单元产生的电信号的处理方式不同。

CMOS(ComplementaryMetalOxideSemiconductor,互补金属氧化物场效应管)技术作为后起之秀,从90年代开始被重视并获得大量研发资源,逐步赶超CCD(Charge-CoupledDevice,电荷耦合器件),当前已经在图像传感器市场占据绝对的主导地位。

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▌CMOS传感器优势突出,已占图像传感器市场9成份额

CMOS传感器实际上是一个高度集成的图像系统。当外界光线照射到CMOS传感器上的时候:

(1) 传感器拥有的像素阵列会发生光电效应;

(2) 光电效应使得像素阵列上的每个像素单元产生对应外界色彩和亮度的电荷信号;

(3) 信号会被模数转换电路转换成数字图像信号;

(4) 数字信号经过集成于同一芯片上的ISP处理后输出。简单来说,CMOS传感器就像一组太阳能电池矩阵,每个像素就是矩阵中的一个电池,每个电池按照前方的亮度和色彩排布进行充电,之后统计每个电池的电量,就能得出对应的亮度和色彩,从而还原出现实的景象。

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CMOS图像传感器近年来增长迅速,已接近全面替代CCD传感器。据ICInsights统计,2017年CMOS传感器销售额占整个图像传感器销售额比例为89%(这一数字在2007年仅为54%),出货量占图像传感器总出货量的81%。

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我们认为CMOS传感器凭借优异的性价比,将继续保持绝对的优势地位,并继续挤压CCD的市场空间。

1)CMOS图像传感器芯片采用了适合大规模生产的标准流程工艺,批量生产时,单位成本远低于CCD;

2)CMOS传感器将图像采集单元和信号处理单元集成到同一块基板上,缩小了体积的同时还保持着低功耗和低发热,非常适合移动设备和各类小型化设备;

3)相比之下,CCD传感器成本上不具有优势,且体积大,发热大,功耗高,基本无法适用于现今多数电子产品上。

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▌终端应用爆发,CMOS传感器5年CAGR10%以上

CMOS传感器今年销售额有望达到137亿美金,同时其出货量将继续保持10%以上年均增速。得益于车载应用、机器视觉、人脸识别与安防监控的快速发展,以及多摄像头手机广泛普及,CMOS图像传感器市场规模不断扩大。

根据ICInsights统计,2017年全球CMOS图像传感器销售额为125亿美元,同比增长19%;预计2018年将达到137亿美元,同比增长10%。

预计2017-2022年出货量CAGR达11.7%,销售额的CAGR为8.8%。至2022年,CMOS传感器的全球销售额将达到190亿美金。

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手机是CMOS传感器的最大应用市场,汽车、安防等新应用领域高速成长。2017年手机用CMOS传感器市场规模占整体应用市场的62%,达77.5亿美元,预估2022年手机CMOS传感器的市场营收规模将可达86亿美元。而在未来几年,汽车、安防监控、医疗、玩具/电玩与工业等将成为带动CMOS传感器高速发展的主要动力。

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1)安防监控领域:安防监控离不开视觉信息的获取,必须依赖图像传感器,随着整个安防监控行业规模的不断扩大,预估到2020年该领域CMOS图像传感器的市场规模将达到9.12亿美元,占到行业市场份额的6%。

2)汽车电子领域:是图像传感器增长最快的细分市场,近年来CMOS图像传感器已经安装在汽车倒车影像、防碰撞系统之内,而由于未来的新车将标配ADAS(高级驾驶辅助系统),以及自动驾驶技术的发展,汽车厂商将会为自家车辆产品导入更多摄像头来获取外界信息。

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而每增加一个摄像头,就需要增加一块CMOS传感器,所以车载应用将是CMOS图像传感器各主要应用市场中增速最快的方向。

根据YOLE的最新预测,车载图像传感器市场空间将从2016年的22亿美金增长至2022年的77亿美金,是车用传感器(包括各类雷达、压力传感器、惯性传感器等)中增长最快、占比最高的细分产品。同时,汽车市场也将成为仅次于手机的第二大CMOS传感器应用领域。

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3) 医疗/科研领域:以往医疗和科研领域主要使用CCD传感器,随着技术的进步,现今医疗和科研领域则在谋求使用成本更低效果更好的CMOS传感器来替代大部分老旧产品,这一应用领域预计有34%年复合增长率,2020年销售额8.67亿美元。

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4)工业系统领域:随着机器视觉的发展,越来越多的工业生产线会引入图像传感器来提高生产效率和质量,预计该领域年复合增长率18%,2020年销售额8.97亿美元。

物联网落地催化,安防、汽车、工控等多领域对CMOS传感器需求旺盛。

虽然手机占到目前CMOS传感器六成的应用,其增速在明显放缓,但物联网的普及催生了大量的图像采集需求。

预计到2020年,全球安防监控领域CMOS传感器需求量将达到9.12亿美元,复合增长率为36%;与此同时医疗、工控领域的需求量也分别达到接近9亿美元。而最大的增量来自于车用市场,得益于ADAS系统普及和自动驾驶的发展,预计到2022年车用CMOS传感器市场规模将达到77亿美金。

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技术加速演进,索尼/三星/豪威三巨头领跑,国产品牌抢占低端份额。

为满足不断丰富的应用场景,CMOS传感器正处在加速迭代的周期中,背照BSI、三层堆栈、全局快门等新技术层出不穷。在此背景下,拥有最强技术实力的索尼、三星、豪威三巨头掌握了行业的主导权,市占率合计达到70%以上,并占据了绝大部分高端市场。与此同时,思比科、格科微等国产厂商在多年的发展中积累了足够的核心技术,凭借更高的性价比,具备在中低端市场抢夺份额的实力。

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