《3D成像和传感-2020版》
2020-02-18 10:39:37   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

全球3D成像和传感市场将从2019年的50亿美元增长到2025年的150亿美元,复合年增长率(CAGR)为20%。3D视觉市场的重要性意味着从成像到传感的演变正在我们眼前发生。我们发现众多初创公司正在进入3D成像和传感生态系统。

3D Imaging & Sensing 2020

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虽然,安卓(Android)智能手机推动了第二波3D成像和传感技术应用,但是,飞行时间法能否成为未来消费类应用的决定性技术呢?

继前置3D人脸识别之后,后置3D传感成为新一轮增长驱动

据麦姆斯咨询介绍,随着2017年9月iPhone X智能手机的推出,苹果(Apple)为消费领域的3D成像和传感方案设定了技术和用例标准。两年之后,与苹果采用结构光法(Structured Light,SL)设计3D摄像头不同,安卓智能手机厂商将飞行时间法(Time of Flight,ToF)广泛应用于高端智能手机的后摄模组之中。

从2017年到2019年,智能手机3D成像和传感技术发展

从2017年到2019年,智能手机3D成像和传感技术发展

与结构光方案相比,ToF方案的复杂度较低,在发射端仅需要垂直腔面发射激光器(VCSEL)和扩散片(diffuser)。由于采用背照式(BSI)技术,ToF图像传感器现在有了很大的改进。在成熟的3D视觉生态系统中,ToF方案也拥有成本优势。这些是ToF赢得安卓智能手机厂商青睐的主要原因。

3D成像和传感技术在智能手机中的应用

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智能手机的后置3D传感应用案例已经显现,并成为新一轮增长驱动。首先是摄影应用,以增强散景(bokeh)和变焦能力,其次是增强现实(AR)应用及游戏。除智能手机之外,ToF方案在智能驾驶、机器人、智能家居、智能电视、智慧安防等领域都拥有广阔的发展前景。目前,ToF技术在这些领域的应用还处于起步阶段。

Yole预计全球3D成像和传感市场将从2019年的50亿美元增长到2025年的150亿美元,复合年增长率(CAGR)为20%。3D视觉市场的重要性意味着从成像到传感的演变正在我们眼前发生。人工智能(Artificial Intelligence,AI)技术驱动的设备和机器人对周围环境有更深入的理解,并发展到与人类互动的新水平。高级驾驶员辅助系统(ADAS)和自动驾驶汽车是备受期待的3D成像和传感应用,而激光雷达(LiDAR)则是这项应用的重要传感组件,正在被大量的厂商关注。激光雷达的技术路线多样,创新企业也不断涌现。

3D成像和传感市场预测(2019~2025年)

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此外,物流行业的自动引导车(AGV),以及商业领域的3D人脸识别和人脸支付也都非常成功。可见,3D传感技术正快速走向普及的道路。因此,3D传感核心元器件,如近红外图像传感器、VCSEL、滤光片、扩散片和衍射光学元件(DOE)、注塑和玻璃光学器件等,都将从中受益。本报告为您提供有关3D成像和传感市场及技术的真知灼见。

3D摄像头模组核心元器件(双目立体视觉 vs. 飞行时间法 vs. 结构光)

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ToF技术正在提升3D传感模组的价值,出货量快速增长

在消费电子领域中,智能手机厂商正迅速制定自己的3D传感策略。预计苹果将在2020年的iPad Pro甚至iPhone中使用后置ToF摄像头,而前置3D人脸识别摄像头仍可能使用结构光方案。Yole还预计苹果可能会使用定制版CMOS图像传感器,将手机视觉扩展到人眼功能之外,以实现AR导航等功能。苹果的加入将加快ToF技术在安卓智能手机中的渗透速度,因此业界普遍乐观地认为,2020年将有更多集成ToF摄像头的产品落地。本报告预测2020年集成ToF功能的智能手机出货量将达到1.73亿部。

智能手机前置和后置3D摄像头模组的技术演进

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5G时代推动物联网应用的同时,各种智能设备对3D成像和传感的需求也在增加。ToF凭借其成本优势和出色的实时感知能力,将成为主流的3D视觉方案。特别是在AR和VR应用中,对避免眩晕的时间延迟有很高的要求,这意味着ToF是最适合的空间定位技术。在汽车应用中,ToF技术可实现手势识别、车内驾驶员状态监测和车外目标探测等功能。在工业物流中,ToF技术将挖掘许多新应用,如物流和引导机器人的避障系统、包裹外形尺寸测量等。此外,还有家庭中使用的扫地机器人。本报告预测,2025年ToF摄像头模组的年出货量将达到6.8亿个,约占整个3D成像和传感市场的60%。

3D成像和传感生态系统蓬勃发展,中国厂商涌入竞逐

智能手机3D成像和传感供应链正在迅速变化。随着结构光方案于2017年引入苹果iPhone,Lumentum、艾迈斯半导体(ams)和意法半导体(STMicroelectronics)等厂商成功摘取了第一波3D成像和传感应用的果实。后来,普林斯顿光学(Princeton Optronics)和菲尼萨(Finisar)杀入VCSEL市场,使得竞争激烈的局面出现。2019年,II-VI收购Finisar,这有助于巩固竞争实力。在此期间,还有其它几项大型合并行为,例如通快(Trumpf)收购飞利浦光电子(Philips Photonics),ams吞并欧司朗(OSRAM)。Trumpf和ams都在积极进入安卓智能手机阵营的3D摄像头供应链,分别向三星(Samsung)和华为(Huawei)提供VCSEL产品。

聚焦中国市场,我们发现众多初创公司正在进入3D成像和传感生态系统。在ToF摄像头方面,由于泛光照明器中的VCSEL输出光束不需要编码,因此更容易设计及量产。这有助于一家名为纵慧芯光(Vertilite)的中国VCSEL供应商进入智能手机市场。他们已经在2019年获得了华为的VCSEL订单。在中美贸易冲突发生之际,华为培育本土供应链的政策也推动了这一举措。

3D成像和传感的供应链情况

3D成像和传感的供应链情况

ToF图像传感器是智能手机后置3D摄像头的关键组件。ToF摄像头于2016年首次应用于智能手机:Phab 2 Pro,该款手机使用pmd和英飞凌(Infineon)联合开发的ToF图像传感器,更多信息请查看《联想Phab 2 Pro三维飞行时间(ToF)摄像头》报告。在此前一年,索尼(Sony)收购了比利时手势识别公司SoftKinetic,该公司拥有著名的DepthSense——ToF传感方案。然后到2019年,ToF摄像头市场起飞时,这一举措使索尼在3D成像和传感接收芯片领域的市场份额从0%上升到45%。凭借强大的技术研发和供应能力,索尼有望继续保持在ToF图像传感器市场的领先地位。但是,类比可见光CMOS图像传感器(CIS)芯片制造领域的竞争格局,我们认为ToF图像传感器的竞争将会加剧。pmd与英飞凌最近发布了一款极具竞争力的ToF图像传感器。业界预测CMOS图像传感器巨头三星和意法半导体将在2020年推出自己的ToF图像传感器。

从中期来看,随着汽车激光雷达应用的发展,我们将会看到更多的并购行为。全球有大量极具竞争力的创新公司值得期待,包括中国的禾赛科技(Hesai Technology)和速腾聚创(RoboSense)等。无论是智能手机3D摄像头,还是汽车激光雷达,他们所需的半导体组件是相似的:图像传感器/探测器、光源(如VCSEL/EEL)、光束操纵组件(如MEMS微镜、DOE)以及其它光学元件。毫无疑问,3D成像和传感生态系统将在2020年继续壮大!

本报告涉及的部分公司:II-VI, AAC, Abbott, ams, Apple, ASC, Baidu, BAE Systems, Bosch, Canon, Continental, Core Photonics, Cowell, DJI, Denso, Facebook, Faceshift, Finisar, First Sensor, Foxconn, Google, Hamamatsu, Heptagon, Hexagon Metrology, Himax, HTC, Huawei, Infineon, Intel, Innoviz, IFM, IQE, iRobot, iRay, Keyence, Largan, Leddartech, Leica, LG, Linx, Lips, LMI, Lumentum, Luxvisions, Mantis Vision, Medtech, Melexis, Namuga, Nordson Dage, Oculus, O-film, Omnivision, On Semi, Optovue, Oppo, Orbbec, Pebbles, Panasonic, Philips Photonics, Pix4D, PMD, Q-tech, Quanergy, San’an, Samsung, Sensl, SEMC, Sick, Softkinetic, Soitec, Sony, St. Jude Medical, STMicroelectronics, Sunny Optical, Raytrix, Teledyne Dalsa, Topcon, Toshiba, Trinamix, Trumpf, Truly, Valeo, Velodyne Lidar, Vertilite, Viavi, Vivo, Waymo, Willsemi, Xiaomi, Zimmer, Zeiss Meditech, ZF...

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