CMOS图像传感器市场能够再次爆发吗?

来源:中电网电子快讯
CMOS图像传感器市场能够再次爆发吗?从2009年到2019年,CMOS图像传感器(CIS)创造了连续十年增长的“不败神话”。销售额从2009年不足50亿美元,增长至2019年的184亿美元,是过去10年增长最快的半导体产品。

  从2009年到2019年,CMOS图像传感器(CIS)创造了连续十年增长的“不败神话”。销售额从2009年不足50亿美元,增长至2019年的184亿美元,是过去10年增长最快的半导体产品。根据IC Insight预测,车用CIS在2018—2023年的年复合增长率将达到29.7%,超过CIS的平均增速,是CIS增长最快的领域。


  摄像头是汽车的“眼睛”,是构建汽车感知能力的基础。而车载摄像头中,CIS的成本占比在50%以上,是不折不扣的核心器件。

  随着ADAS的普及,车载摄像头从后视发展为包含前视、侧视、环视、后视、内视的综合方案。Yole和华泰证券数据显示,2023年全球单车平均车载镜头数量将从2018年的1.7颗增加至3颗,而ADAS一般需要6个以上的摄像头。例如特斯拉Autopilot搭载了8个摄像头,包括窄视野、主视野、宽视野三个前视摄像头,位于车辆两侧B柱的两个侧方前视摄像头,监测车辆两侧后方盲区的两个侧方后视摄像头,以及辅助倒车的后视摄像头。不断上升的车载摄像头数量将迅速提升CIS的市场体量。

  在自动驾驶领域,车用摄像头的数量有了进一步的提升。面向L4自动驾驶,通用的Cruise AV搭载了16个摄像头,华为推出的自动驾驶车载计算中心mdc600可以处理来自16个摄像头、6个毫米波雷达、16个超声波雷达和8个LiDAR的数据。

  安森美半导体智能感知部大中华地区市场总监郗蕴侠表示,车用领域随着ADAS和自动驾驶的需求日益增加,汽车智能化和自动化程度不断提升。因此需要利用安装于车上不同的CIS第一时间收集数据,进行车外和车内环境、物体的辨识和检测,让汽车尽快察觉潜在危险以采取相应的措施,提高汽车行驶安全。其中,摄像头不仅在汽车智能化和自动化进程中担当了汽车机器人‘眼睛’的功用,且远超越人眼的视觉,通过安装在汽车各个方向的摄像头实现自适应巡航控制、盲点检测、紧急制动、车道保持系统、泊车辅助、行人检测、信号检测以及舱内驾驶人员疲劳检测和乘客检测等功能。

  思特威表示,自动驾驶可分为四级或五级,当等级达到L3、L4以及更高之后,自动驾驶汽车从提升决策感知系统对于功能安全、信息安全的环境适应性的要求出发,就会需要更多的视觉摄像头,包括双目、单目、单色、彩色摄像头系统,用于实现前撞警告、行人触碰预警、自动泊车等功能。

  “在国内外自动驾驶开发纷纷向L4、L5级别迈进时,汽车愈发依靠更多CIS提供的准确图像数据,以判断路况、信号标识、紧急状况等,从而利用人工智能算法进行驾驶操作相关的决策。此外,其他车内和车外视频应用对CIS装载数量的需求也在不断增加,以辅助驾驶员及乘客获得更好的驾车乘车体验,并确保乘车安全和道路交通安全。”思特威相关负责人表示。

  车用CIS涉及多项关键技术指标

  相比手机等消费电子用CIS,车用CIS对性能和可靠性有着更严苛的要求,开发和认证门槛更高,涉及多项关键技术指标。赛迪智库集成电路研究所高级分析师麻尧斌表示,相比于消费电子领域,车用CIS对灵敏度、动态范围等性能有着更高的要求。车用CIS需要更出色的微光性能,相比消费电子70dB左右的动态范围,车用CIS动态范围一般大于100dB。此外,车用CIS对近红外、LED防抖、全局快门等技术有着更显著的需求。在产品开发应用上,车载CIS要满足车规级芯片标准。例如芯片要承受-40℃~105℃的极端温度条件等,以满足AEC-Q100 2级行业标准。

  郗蕴侠详细列举了车用CIS的关键技术指标,包括高动态范围、消除LED闪烁、全局快门与红外响应、多种优化的色彩滤波阵列,以及可靠的封装技术和功能、网络安全。

  其中,HDR是实现相机在特殊光照环境条件下正常工作的关键。例如,夜间路灯会和暗处行人形成对比,强光下隧道外亮处与隧道内暗处细节形成对比。如果没有HDR,只照顾了高光区域的曝光,暗部细节就会丢失;而照顾了暗部细节,高光部分就会曝光过度。

  消除LED闪烁能避免CIS受到交通灯、车灯等LED光源的影响,导致采集的图像模糊不清,进而影响检测的准确性。因此,CIS要保证输出兼具HDR和消除LED闪烁的高保真图像,确保两者同时实现。

  全局快门及红外响应用于驾驶人员检测。驾驶员监控相机要捕捉司机眼睛和头部动作,全局快门图像传感器可以捕捉快速运动,无拖影。具有红外响应的CIS,可以在红外条件下清晰地看到驾驶员眼睛。

  多种优化的色彩滤波阵列用于适应不同应用和场景,用机器视觉的感知系统ADAS,实现更高的信噪比,以更好的检测和识别物体。

  同时,车用CIS也要满足车规半导体的要求。首先,可靠的封装技术能保证器件在汽车生命周期使用的安全性,具有高质量的图像传感器芯片封装技术可以保证整个相机系统在高低温、湿度、压力、振动等恶劣和极端环境下的可靠性、安全性和耐久性。其次,随着汽车行业复杂性的日益提升,人们加大了开发安全合规系统的力度。ADAS和自动驾驶L2以上的设计,需要符合ISO26262相应的ASIL标准,在功能安全方面有着更完善的安全机制,使系统功能安全设计更容易实现。再次,网络安全有助于确保整个系统运行的安全可靠,尤其当车身周围的多个摄像机连接到一个中央系统,数据和命令必须通过传感器与处理器之间的线路传输时。为确保图像传感器不被黑客侵袭,网络安全的机制在图像传感器实现是必不可少的。

  厂商加快布局中国市场

  中国汽车工业协会发布的月度汽车产销数据显示,今年6月,我国汽车产销分别实现232.5万辆和219.4万辆,同比增长22.5%和11.6%,创下6月单月销量的历史最好水平。高工智能产业研究院预测,2020年我国后视摄像头渗透率为50%,前视摄像头渗透率为30%,侧视摄像头渗透率为20%,内置摄像头渗透率为6%。这意味着我国车载摄像头市场还有巨大的增长空间。

  在车载CIS领域,安森美的市场份额最为突出,其次是豪威,三星、索尼两个CIS大厂也在积极布局。同时,近日科创板上市申请获得受理的格科微,以及思特威、比亚迪等厂商也在车载CIS领域积极布局。

  郗蕴侠表示,因为疫情的关系,中国的汽车市场也受到比较大的影响,但是从2020年6月起有看到明显的恢复。随着自动驾驶技术的不断升级,相机数目在成倍的增长,所以CIS在中国车用市场有着很好的前景。后续,安森美将基于可扩展图像传感器系列,让客户可以先用一个传感器开始早期开发,使其算法适应像素性能和系统特性,然后通过进一步测试扩展至更多分辨率。以缩短项目的上市时间,降低整体开发成本,便利客户系统平台的升级和成本控制。

  “疫情的影响使得汽车智能化的趋势将在中国加速,汽车上将需要更多的CIS。这代表着持续的CIS增长机会,安森美半导体将为具有创新性和竞争性的智能传感提供解决方案做好充分准备。” 郗蕴侠指出。

  思特威推出了基于QCell技术的LED闪烁抑制功能,并在高灵敏度、高信噪比以及夜视全彩性能、更高动态范围的HDR等领域构建优势。今年6月,思特威收购了深圳安芯微电子,接下来,思特威将聚焦研发全系列高性价比的车载CMOS成像芯片,标清同轴模拟视频输出,赋能倒车摄像头和环视车载摄像头应用市场。

  “CIS车用市场的前景巨大,国内厂商除了依托本土车厂的选择以外,核心竞争力还是在于对创新技术的突破。本土CIS厂商应把握当下智能车载影像市场的机遇,洞察客户及市场需求,致力于研发及设计性能卓越的创新技术产品来满足不断复杂化、多元化的应用需求。”思特威相关负责人指出。

  麻尧斌表示,汽车向电动化、智能化和网联化的趋势发展将加速汽车采用CIS来感知车内外信息,同时我国拥有全球一半以上的电动车销量,CIS下游市场优势明显,因此技术机遇和市场优势使得我国车用CIS面临良好的发展机遇。

  “在构建差异化竞争能力方面,可利用我国本土市场优势,加强与国内车企、Tier1厂商的互动,加速产品验证,同时我国CIS企业可先切入较易进入的后装车载市场,逐步向前装车载市场渗透。”麻尧斌说。

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