1、尋找黑夜中星光：換機與品牌

2019 年，全球智能手機市場疲軟。2019 年第三季度，智能手機市場，在出現(xiàn)連續(xù) 7 個季度出貨量同比下滑的情況下，在三星 Note 10 系列，華為 Mate 30 系列，蘋果 iPhone11 系列等一系列強勢優(yōu)秀產(chǎn)品發(fā)布的幫助下，終于迎來了首次手機出貨量同比上升。但是好景不長，2019 年第四季度，智能手機出貨量再次出現(xiàn)同比下降，同比下降 1.10%。至此，2019 年，手機市場整體疲軟，智能手機全年出貨量同比下降 1.28%。面對智能手機普及率高企、智能手機出貨量同比下降的情況，智能手機市場進入存量競爭市場已經(jīng)是不爭的事實。

黑夜中閃爍的星光，存量中的變量。如果將智能手機市場進入存量競爭市場，出貨疲軟看作手機市場的黑夜，那么 5G 掀起的換機潮就如同黑夜中閃爍的星光。2019 年 8 月，中國市場已經(jīng)出現(xiàn) 5G 手機銷售。從此，5G 手機銷售一路火爆。截至 2019 年 12 月，中國 5G 手機累計出貨量達到 1376.9 萬部。中國具備全球優(yōu)秀的 5G 設備供應商，從 2020年就開始將會加快 5G 網(wǎng)絡的完善；此外，中國還具備多個全球知名的手機廠商，能夠為全球供應性價比較高的 5G 手機。根據(jù)群智咨詢預測，到 2020 年第四季度 5G 智能手機的低價將達到 1500 元人民幣，進入快速普及階段。Canalys 預測，到 2020 年，中國手機市場上 5G 手機占比將達到 17.5%，而到 2023 年，這一比例將攀升至 62.7%。中國5G 市場的高歌猛進將有望帶動全球手機市場回暖。Canalys 預計，2023 年全球 5G 手機出貨量將超越 4G 手機出貨量，同時預測未來 5 年，全球 5G 手機出貨量將達到 19 億部，其復合年均增長率達到 179.9%。2023 年，5G 手機出貨量將接近 8 億部，占當年全部智能手機出貨量的 51.4%。其中大中華區(qū)的 5G 智能手機占有率將達到 34%；其次是北美地區(qū)，占比 18.8%；亞洲太平洋地區(qū)為 17.4%。

品牌效應凸顯，頭部廠商市場份額或將進一步提高。雖然 2019 年，全球智能手機市場疲軟，但是頭部手機廠商表現(xiàn)卻并不疲軟。2019 年，全球六大手機品牌，三星、華為、Apple、小米，OPPO，vivo 中，除了 Apple 外，其他五大品牌出貨量同比呈現(xiàn)正增長。與手機出貨量同比增長形成呼應的是，五大品牌的市場份額在 2019 年獲得再次提升。2019 年，全球六大手機品牌的市場份額總計達到 73.3%，同比上升 3.98 個百分點。2019年是 5G 手機出貨的元年，頭部廠商發(fā)布強勢產(chǎn)品，在 5G 手機領域依然占據(jù)非常高的市場份額。2019 年，華為、三星、 vivo 在全球 5G 手機市場份額分別是 36.9%、 35.8%、 10.7%。展望 2020 年，蘋果或將在春季發(fā)布一款性價比較高的手機，以及在秋季發(fā)布自家的 5G手機。蘋果的春季和秋季產(chǎn)品將會是部分計劃更換 5G 手機的 iPhone 用戶釋放出消費活力，有望對 2020 年全球智能手機出貨量回暖提供有力的幫助；同時，在 Android 陣營也會不遺余力的發(fā)布自家新一代 5G 手機，蘋果 5G 手機的推出或將使頭部廠商的市場份額進一步提高，智能手機市場集中度進一步加強。

2、多攝滲透加速，TOF 與潛望式鏡頭未來可期

2.1 技術延伸，5G 時代也是多攝時代

手機是通信技術最直接的載體。每一代通信技術的發(fā)展，不僅使手機的通信性能得到增加，同時引發(fā)手機的其他性能的進步。1G 時代，消費基本都是用著黑白手機，當時技術發(fā)展緩慢，手機性能并沒有迎來太多的進步。2G 時代，手機從黑白屏進入了彩屏，消費者可以拜托單調的顯示屏，享受彩屏帶來的喜悅，此外，到了 2G 時代后期 Symbian 系統(tǒng)實現(xiàn)了智能化，從此手機開始進入智能時代。智能化是后 2G 時代的產(chǎn)物，進入 3G 時代大放異彩，先后出現(xiàn) Android、iOS、Windows phone、Blackberry 等系統(tǒng)；2G 時代留下的不僅是手機智能系統(tǒng)，還有觸摸屏。后 3G 時代，三星 Note 系列是大屏的代表。進入 4G 時代，大屏已經(jīng)不足以滿足消費者的需求，因此出現(xiàn)了“全面屏”，提升消費者的視覺享受。大屏是 3G 時代遺留給 4G 時代的產(chǎn)物，不是 4G 時代獨特的標簽。4G 時代手機獨特的標簽是“多攝”。2G-3G 時代，手機后置攝像頭主要以單攝為主。4G 時代，在手機創(chuàng)新碰到瓶頸之時，攝像頭方面的創(chuàng)新就成了行業(yè)關注的重點。華為 P9 吹起了手機多攝的號角，P20 PRO 帶領市場進入 3 攝時代，P30 PRO 作為繼任者，實現(xiàn)手機四攝。從 2G-4G 的發(fā)展，上一代留下的突破都會在下一代產(chǎn)品繼續(xù)沿用。手機多攝已經(jīng)成為潮流，5G 時代必定多攝的時代。

2.2 雙攝時代，人像模式

雖然華為 P9 不是全球第一款雙攝手機，但是華為 P9 開啟了手機雙攝的潮流。華為 P9采用的是的彩色+黑白的雙 1200 萬像素的方案。這種方案拍照時兩顆攝像頭同時工作，一個負責拍攝彩色畫面，另一個拍攝黑白畫面，描繪線條。由于黑白鏡頭取消了分色濾鏡，所以進光量更多，細節(jié)也就更加清晰，再通過軟件把黑白畫面的細節(jié)強化進彩色照片，最終成為一張畫質更優(yōu)、細節(jié)更清晰的照片。iPhone 采用的是長焦+廣角的方案，人像模式下，其等效 56mm 的長焦鏡頭負責拍攝影像，等效 28mm 的短焦鏡頭負責記錄畫面景深信息。所以 iPhone 7 plus 的“人像模式”做得就相對較好，吸引了大批的消費者。后期華為的 P10 系列也在人像模式上下了功夫。雖然 P10 的雙攝等效焦距都為27mmm，但華為 P10 加入了 2 倍變焦功能，開啟之后彩色鏡頭的焦距會達到 54mm 是因為該焦段被譽為人像攝影的“黃金焦段”，適合人物特寫。

2.3 三攝時代，開啟長焦模式

2018 年，華為發(fā)布的 P20 PRO 正式拉起了手機進入三攝時代的序幕。華為 P20 pro 采用的是 4000 萬彩色鏡頭+2000 萬黑白鏡頭+800 萬長焦鏡頭。P20 PRO 支持 3 倍光學變焦，5 倍三攝變焦，10 倍數(shù)字變焦。華為 P20 pro 采用“彩色鏡頭+黑白鏡頭+長焦鏡頭”組合相互協(xié)作，擁有高倍無損變焦的能力，夠在低光性能、變焦、高分辨率、景深虛化等方面提供更優(yōu)質的體驗。攝像頭自動默認采用“超采樣技術”將 4000 萬像素合成為 1000萬，通過壓縮進一步提升像素質量達到增強普通模式畫質。2019 年， Apple 發(fā)布 iPhone11系列。其中 iPhone 11 pro 以及 iPhone 11 pro Max 采用三攝方案。iPhone 采用的三攝方案有別于安卓陣營。iPhone 11 pro 以及 Max 版本采用的是 1200 萬廣角攝像頭+1200萬超廣角攝像頭+1200 萬長焦攝像頭的方案。此前，遠攝鏡頭配合廣角攝像頭來產(chǎn)生肖像模式效果，又或者在用戶頻繁縮放的時候進行接管。通過結合來自這兩個視角略有不同的攝像頭的信息，該設備能夠確定深度數(shù)據(jù)，讓它能夠模糊背景的某一點，等等。超廣角鏡頭提供了更多的信息，這應該會提高肖像模式等功能的精確度。在專用的傳感器和攝像頭系統(tǒng)上，廣角的一個好處在于，它的創(chuàng)作者能夠進行大量的修正，這樣就不會出現(xiàn)角落或中心位置瘋狂失真的問題。iPhone 開創(chuàng)的長焦模式在安卓陣營也受到了認可。長焦鏡頭已經(jīng)順利地成為三攝鏡頭的重要成員。

2.4 四攝時代，暫以 TOF 為標桿，潛望式長焦亦是看點

2019 年，華為發(fā)布 P30 系列。手機的后置攝像頭再增加一位成員，進入四攝時代。4000萬像素超感光+2000 萬像素超廣角+800 萬像素超級變焦 +TOF 鏡頭。華為本次加入 TOF（Time of flight）鏡頭, TOF 鏡頭是深度攝像頭的一種，利用飛行時間進行測距。ToF相機將允許您的手機分離不同的對象。例如拍照人像時，ToF 相機就能夠精準識別對象不屬于后置風景，從而在照片圖像上顯出絢麗的散景效果能夠很好的計算人像的輪廓來精準的識別，對其他的物體進行虛化處理。此外，P30 PRO 的超長焦攝像頭有別于一般長焦攝像頭，采用的是潛望式長焦鏡頭，通過棱鏡的光路折射，是鏡頭橫置于機身內部，增強變焦能力。得益于潛望式鏡頭，華為 P30 PRO 實現(xiàn) 5 倍光學變焦，10 倍混合變焦，50 倍數(shù)字變焦。華為開辟的道路，獲得了市場上的認可。2020 年，三星發(fā)布 S20 系列。其中以 S20 Ultra 最為驚艷。S20 Ultra 搭載 1.08 億像素廣角攝像頭+4800 萬像素長焦攝像頭+1200 萬像素攝像頭+TOF 鏡頭。三星 S20 Ultra 頁配備了潛望式長焦鏡頭。因此，目前四攝時代已經(jīng)來臨，TOF 鏡頭與潛望式長焦鏡頭已經(jīng)成為安卓陣營兩大巨頭的產(chǎn)品配置中，對于未來這兩個攝像頭的使用，我們認為非常值得期待。

2.5 從高到中，從后到前，從安卓到蘋果，多攝加速滲透

從高到中，從后到前，從安卓到蘋果。多攝的趨勢是由頭部手機廠商發(fā)起，在其自家的高端產(chǎn)品中率先使用。高端產(chǎn)品作為其在市場上立足的旗幟與資本，當需要進行下一步創(chuàng)新的時候，上一代的技術就可以轉移到終端產(chǎn)品中。以華為為例，華為 Mate 系列和 P系列是當家的高端產(chǎn)品，而 Nova 和榮耀系列則可以看作華為的中端產(chǎn)品。2017 年華為發(fā)布的旗艦手機 Mate 10 pro 搭載雙攝鏡頭，2018 年榮耀 10 也用上了；2019 年華為的P30 pro 所搭載的四攝在同年榮耀發(fā)布的榮耀 20 系列中也獲得了使用。因此，可以看到，多攝的趨勢已經(jīng)從高端滲透到中端。此外，不僅是后置攝像頭，前置攝像頭也有增加。例如，華為在 Nova 6、榮耀 V30 pro，三星在 S10+ 中都采用了前置雙攝。還有一點， 2018 年華為在手機中使用了三攝技術， 2019 年蘋果發(fā)布了具有三攝的 iPhone 11 系列；2019 年華為在手機中使用了四攝技術，因此，我們認為，不排除蘋果會在 2020 年的旗艦手機中使用四攝技術。

在頭部廠商的帶動下，手機攝像頭傳感器的出貨量不斷上升。2019 年全球智能手機出貨疲軟，但是在手機后置多攝趨勢的帶動下，2019 年 Q3 手機攝像頭傳感器出貨量約為 13億顆，同比增長 14%。多攝的滲透不斷進行。2013 年，每部手機平均攝像頭個數(shù)為 2.2個，到 2018 年，平均每部手機的攝像頭個數(shù)已經(jīng)達到 2.81 個。根據(jù)群智咨詢數(shù)據(jù)顯示，2019 年 Q3 多攝出貨量急速上升。其中，雙攝占比 30%，三攝占比 26%，四攝占比 22%。多攝占比達到 78%。所以，多攝的趨勢不僅是高端，還有中端；不僅是后置，還有前置；不僅是安卓，還有蘋果。根據(jù) IHS Market 2020 年與 2021 年全球需要攝像頭分別為51.31/56.50 億顆，同比增長 14.99%/10.11%。整體手機市場需要的鏡頭模組不斷增加。

3、高畫質需要多種要素，傳感器與鏡頭值得關注

3.1 像素一高再高，高像素不等于高畫質

手機攝像頭的的創(chuàng)新不僅在多攝，還有提升像素。近年來，手機廠商不斷提升手機像素作為手機創(chuàng)新的突破點，并以此作為手機宣傳的其中兩點，吸引消費者。在提升手機像素的過程中，以安卓陣營最為激進。以華為為例，后置攝像頭從 1200 萬像素提升到 4000萬像素，后置攝像頭升級有所放緩之時，前置攝像頭發(fā)起追趕，從 800 萬像素升級到 3200萬像素。除了華為以外，還有令人驚嘆的三星和小米的一億像素。蘋果在攝像頭升級方面雖然顯得保守，但是其前置攝像頭也從 700 萬像素提升至 1200 萬像素。面對不斷創(chuàng)新高的手機攝像頭像素，我們不僅要問一句，是不是像素越高畫質就越好呢？

對于很多消費者而言，高像素意味著就是高畫質，但事實并非如此。像素是分辨率的尺 寸單位，而不是畫質。像素唯一能決定的是其所拍圖片的分辨率，圖片的分辨率越高， 只代表了圖片的尺寸越大，并不能說明圖片越清晰。事實上，決定畫質的硬件因素 有很多包括：ISO、光圈、快門時間、像素、感光傳感器面積和鏡頭。其中以光圈、 傳感器和鏡頭最為重要。

光圈是一個用來控制光線透過鏡頭，進入機身內感光面光量的裝置，它通常是在鏡 頭內。表達光圈大小我們是用“F/數(shù)值”表示。數(shù)值越小，光圈越大，進光量就越 多。例如華為 Mate 30 PRO 的 4000 萬超感光攝像頭的光圈就達到了 f/1.6，iPhone 11 pro Max 的光圈也達到了 f/1.8。光圈都比較大。大光圈的鏡頭因為可以獲得更 多的進光量從而獲得很好的成像效果。

傳感器決定圖片質量的關鍵因素，傳感器尺寸越大，感光性能越好，捕捉的光子(圖 形信號)越多，信噪比越低，成像效果自然也越出色,畫質也更加細膩。所以我們以 看到 iPhone 雖然只有 1200 萬像素，但是在 DXO 排行榜上卻可以不輸多個攝像頭高 像素手機。

鏡頭是將拍攝景物在傳感器上成像的器件，通常由幾片透鏡組成，光線信號通過時， 鏡片們會層層過濾雜光(紅外線等)，每一層鏡片可以層層過濾。所以，從理論上看， 鏡頭片數(shù)越多，成像就越真實。

手機攝像能力是存在向單反靠近的趨勢，畢竟手機具備輕便，隨身攜帶，操作簡單 等特點。雖然高像素不等于高畫質，但是高像素確實成為了消費者購買手機的一大 考慮因素。高像素一般首先會在高端手機使用然后再逐漸向中端產(chǎn)品滲透，這個從 華為以及榮耀的產(chǎn)品就可以知道。對于能生產(chǎn)出高像素，高性能等傳感器的頭部廠 商，在市場競爭中能占據(jù)有利位置。

3.2 CIS 頭部企業(yè)加速擴產(chǎn)，有望帶動上下游產(chǎn)業(yè)

傳感器占據(jù)手機模組最大價值量比例。手機攝像頭模組包含多個器件，包括鏡頭、音圈馬達，紅外濾光片、傳感器等。這些器件組裝在一起后，還需要放在嵌在 PCB 在，與手機其他重要部件連接在一起。從整個手機攝像頭模組看，傳感器是核心器件，決定著攝像頭的成像品質以及其他組件的結構和規(guī)格，占據(jù)手機攝像頭模組中最大比例的價值量，為 52%；其次是封裝模組工藝，占據(jù)攝像頭模組價值量的 20%；光學鏡頭是影響手機拍照畫質的重要零部件之一，占據(jù)攝像頭模組價值量的 19%。

目前主要有兩種感光元件：一是 CDD（電荷耦合）元件；另一種是 CMOS（互補金屬氧化物導體）器件。其中 CCD 電荷耦合器件集成在單晶硅材料上，像素信號逐行逐列依此移動并在邊緣出口位置依此放大，CMOS 圖像傳感器集成在金屬氧化物半導體材料上，每個像素點均帶有信號放大器，像素信號可以直接掃描導出。雖 CCD 成像更為優(yōu)異，但其制造工藝復雜，價格成本昂貴，而 CMOS 的制造成本和功耗要低于 CCD 不少，并且設計簡單、尺寸小、高集成度等優(yōu)勢，迅速在民用消費電子市場完成對 CCD 的替代，目前市場份額已超過 99%，而 CCD 僅在衛(wèi)星、醫(yī)療等專業(yè)領域繼續(xù)使用。

手機是 CIS 應用最為廣泛的領域，造就了 CIS 產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展。 CIS（CMOS image sensor），即由 CMOS 制成的圖像傳感器。CIS 在下游市場中的應用領域非常廣泛。目前，我國智能手機市場占有率高達 96%，部分消費者同時配備數(shù)臺手機，適用于不同的生活場景。此外，消費者對于手機更換周期也相對較短，一般 2-3 年會更換一次。較高的市場普及率以及更快的產(chǎn)品更換周期，CIS 在手機的使用比例最為廣泛，達到 63.90%。其次就是單反，汽車等產(chǎn)品更換周期相對手機較長的產(chǎn)品。通信能力迭代周期加速，疊加手機創(chuàng)新不斷，促進了手機出貨量的增加，CIS 廠商收益手機出貨量增加獲得了第一波紅利。隨后，手機進入多攝時代，雙攝、三攝滲透加強；疊加新能源汽車，工業(yè)互聯(lián)網(wǎng)等領域對攝像頭的需求增加，CIS 廠商正在收獲第二波下游行業(yè)蓬勃發(fā)展的紅利。根據(jù)麥姆斯咨詢數(shù)據(jù)顯示，到 2024 年，CIS 廠商每年收入維持正增長，2024 年 CIS 廠商年收入將達到 23986 百萬美元，

2019 年是消費電子需求爆發(fā)的一年，以 Air pods 為代表的可穿戴設備銷量劇增。據(jù)Strategy Analytics 數(shù)據(jù)顯示，Air Pods 在 2019 年銷量近 6000 萬副，同比銷量增長近 100%；2019 年第三季度全球智能手表出貨量達到 1400 萬，同比增長 42%?？纱┐髟O備的需求急速增加，快速的占據(jù)了晶圓體代工廠以及封裝廠的產(chǎn)能。雖然手機出貨量疲軟，但是多攝加速滲透的趨勢不見，CIS 需求旺盛，導致許多晶圓體代工廠產(chǎn)能緊缺。面對這種形勢，頭部 CIS 供應商也需要擴充產(chǎn)能。但是產(chǎn)能的擴充并非一朝一夕就可以完成。如此情況下，部分訂單就被迫放棄。根據(jù) IHS market 數(shù)據(jù)顯示，世界前五大 CIS供應商市場份額下降了 1.8 個百分點。這種市場份額的下降實屬無奈之舉。因為未來需求的持續(xù)增加，頭部 CIS 也只能不斷增加產(chǎn)能。索尼計劃每月增加 1 萬片產(chǎn)能，而且70%-80%銷往中國；三星計劃通過自建產(chǎn)能每月增加 1.5 萬片產(chǎn)能；豪威則通過多個晶圓代工廠代工每月增加 1 萬片的產(chǎn)能。

總結：手機攝像能力是存在向單反靠近的趨勢，畢竟手機具備輕便，隨身攜帶，操作簡單等特點。雖然高像素不等于高畫質，但是高像素確實成為了消費者購買手機的一大考慮因素。高像素一般首先會在高端手機使用然后再逐漸向中端產(chǎn)品滲透。對于能生產(chǎn)出高像素，高性能等傳感器的頭部廠商，在市場競爭中能占據(jù)有利位置。此外我們認為頭部 CIS 供應商產(chǎn)能的增加，意味著對下游的封裝，代工模組，其他零部件如紅外濾光片，鏡片的需求增加。

3.3 玻塑混合鏡片有望成為新趨勢

鏡頭是攝像頭模組的重要組成部分，是決定拍照畫質的要素。鏡頭是由多個鏡片構成的。從構造看，鏡片越多，鏡頭最終成像會越趨于完美。這是因為當光線透過鏡片是，每一層鏡片可以過濾一部分雜光，每一層鏡片可以起到校正的作用。因此多，每多一片鏡片，最終成像效果就會好一些。手機廠商在提升成像畫質方面，不僅使用了尺寸較大的傳感器，同時還提升了鏡頭鏡片的數(shù)量。例如，iPhone XS 采用的 6P 鏡頭，小米最新發(fā)布的小米 10 PRO 是則采用的是 8P 的鏡頭。從目前的 Dxo mark 排行榜上看，小米 10 PRO 拍照的分數(shù)確實比 iPhone XS 高。

鏡片數(shù)量提升能夠增強鏡頭的對比度與解析度，但是鏡片的數(shù)量是難以做到無休止低增加，原因有三個方面。第一，隨著智能手機攝像頭超高像素、大光圈方向升級過程中，鏡片增加確實可以過濾雜光，但是同時進光量也減少了。第二，更多的鏡片會增加手機的成本。增加鏡片數(shù)量若無法使畫質獲得質的飛躍，而因為鏡頭成本增加轉嫁給消費者的做法并不明智。第三，手機輕薄化的趨勢日益明顯，增加鏡片數(shù)量無疑是會增加手機的厚度。

按材質來分，鏡片可由玻璃、塑料制成。塑料鏡頭的優(yōu)點：重量輕、成本低、工藝難度低，適合大批量生產(chǎn)；缺點，透光率稍低，耐熱性差、熱膨脹系數(shù)大、耐磨性差、機械強度低等。玻璃鏡片的優(yōu)點：性能優(yōu)良，透光率高；缺點主要是量產(chǎn)難度大，良率低、成本高。玻璃鏡頭一般用在安防、數(shù)碼相機、單反等高端產(chǎn)品上。

高成像質量要求提升攝像頭鏡片的數(shù)量，然而塑料鏡片的性能遇到了天花板。再者，從各大手機品牌的旗艦機型上看，長焦鏡頭已經(jīng)成為了后置攝像頭模組的標配要素。變焦倍數(shù)越高，長焦攝像頭的高度越高，追求智能手機輕薄化的今天，手機的厚度不足以支持高倍長焦攝像頭的高度。最后，長焦鏡頭在高變焦過程中有溫度升高現(xiàn)象，塑料鏡片受制于其物理性能，成像效果將會受到影響。

在此情況下，鏡頭供應商開發(fā)出玻塑混合鏡片。玻塑混合鏡片是在原來塑料鏡片構成的鏡頭的基礎上，將其中一片塑料鏡片替換成玻璃鏡片，進而構成玻塑混合鏡頭。由于玻璃鏡片具有高折射率，這樣就可以減少因鏡片增加而造成的光量下降。同時，玻璃鏡片具有耐高溫性，因進行變焦的時候產(chǎn)生的溫升造成對高倍變焦鏡頭性能的影響也會降低，畫質有望得到提高。潛望式鏡頭作為高倍變焦的鏡頭的接觸代表，預期潛望鏡頭組中的 G（三角稜鏡）加上 P（塑膠鏡片），除三角稜鏡之外，在塑膠鏡片組中，將有一至兩片塑料鏡片轉為玻璃鏡片。玻璃塑料混合鏡頭結合了玻璃鏡頭和塑料鏡頭的優(yōu)點，能夠減少鏡頭厚度和失真率、提高成像清晰度和光圈尺寸。已在監(jiān)控安防、數(shù)碼相機、單反相機等廣泛應用，并有望在高端旗艦機型主攝中取得應用。

4、3D Sensing 之 TOF，開啟未來 AR/VR 之路

4.1 3D Sensing 多種方案，TOF 脫穎而出

自 2017 年 Apple 發(fā)布使用 3D 結構光解鎖的 iPhone X 后，3D Sensing 終于走進了我們的生活中。3D Sensing 攝像頭相比于傳統(tǒng)攝像頭除了能夠獲取平面圖像以外，還可以獲得拍攝對象的深度信息，即三維的位置及尺寸信息，其通常由多個攝像頭+深度傳感器組成。目前市面上 3D sensing 共有三種主流技術：結構光、ToF、雙目立體視覺。

結構光

3D 結構光最早應用于蘋果旗艦機 iPhone X。結構光技術的基本原理是：在激光器外放置一個光柵，激光通過光柵進行投射成像時會發(fā)生折射，從而使得激光最終在物體表面上的落點產(chǎn)生位移。當物體距離激光投射器比較近的時候，折射而產(chǎn)生的位移就較??；當物體距離較遠時，折射而產(chǎn)生的位移也就會相應的變大。這時使用一個攝像頭來檢測采集投射到物體表面上的圖樣，通過圖樣的位移變化，就能用算法計算出物體的位置和深度信息，進而復原整個三維空間。

結構光技術僅需一次成像就可得到深度信息，具備低能耗、高成像分辨率的優(yōu)勢，能夠在安全性上實現(xiàn)較高保證，因此被廣泛應用于人臉識別和人臉支付等場景。但結構光技術識別距離較短，大約在 0.2 米到 1.2 米之間，這將其應用局限在了手機前置攝像，主要用于 3D 人臉識別屏幕解鎖、人臉支付及 3D 建模等。

ToF

ToF（Time of Flight）技術是通過向目標發(fā)射連續(xù)的特定波長的紅外光線脈沖，再由特定傳感器接收待測物體傳回的光信號，計算光線往返的飛行時間或相位差，從而獲取目標物體的深度信息。TOF 鏡頭主要由發(fā)光單元、光學鏡片及圖像傳感器構成。其識別距離可達到 0.4 米到 5 米，因此已有品牌，如 OPPO、華為等，將其應用于手機后置攝像。ToF 優(yōu)點在于可以做到對逐個像素點的深度進行計算，近距離情況下精度可以很高；缺點則在于室外受自然光紅外線影響大、測量范圍窄（遠距離無法保證進度）以及成本較結構光要高。

雙目立體視覺

雙目立體視覺是基于視差原理，并利用成像設備從不同的位置獲取被測物體的兩幅圖像，通過計算圖像對應點間的位置偏差，來獲取物體三維幾何信息的方法。雙目立體視覺技術優(yōu)點在于室內室外皆適用，不受日光影響以及幾乎不受透明屏障影響，缺點則在于計算量巨大、算法復雜，對硬件具有較高要求。經(jīng)過幾十年來的發(fā)展，雙目立體視覺在機器人視覺、航空測繪、軍事運用、醫(yī)學成像和工業(yè)檢測等領域中的運用越來越廣。

通過對三種 3D Sensing 技術的分析，我們不難發(fā)現(xiàn)，TOF 技術具有相當?shù)膬?yōu)點：（1）軟件復雜性低，設計與應用簡單。（2）在暗光與強光環(huán)境下表現(xiàn)不錯（3）功耗不高（4）有較遠的探測距離（5）成本低（6）響應速度快。

蘋果通過收購 PrimeSense，獲得了 Light Coding 專利權，并且不對外授權。從此蘋果獲得 3D 結構光的優(yōu)勢。雖然行業(yè)中還存在其他 3D 結構光方案提供商，例如編碼結構光。但是編碼結構光相對于蘋果使用的散斑結構光在分辨率以及功耗方面表現(xiàn)相對較差。同時基于 ToF 以上的優(yōu)點，ToF 技術已經(jīng)被大量的運用到不少手機品牌的中高端機型中。

4.2 TOF 不僅為了拍照，更是為了未來應用

當手機配備 ToF 鏡頭后，在進行拍攝時，ToF 通過光點的飛行時間計算景深，可以更好地計算出當前的目標的位置，產(chǎn)生景深效果，令拍照效果表現(xiàn)出更好。然而，手機廠商在手機中配備 ToF 鏡頭，不僅是為了拍攝，更是為了更大的應用場景。

手機在多年的發(fā)展中，已經(jīng)可以說得到了長足的發(fā)展，高性能 CPU、GPU、大容量電池，超級閃充，配備最前沿的通信技術，可以說手機目前的性能已經(jīng)向電腦靠不斷地靠近。如此強大的設備若僅僅是為了用來通信，未免有些“大材小用”了。同時考慮到，手機已經(jīng)成為現(xiàn)代的日常必備的設備，甚至可以夸張地說像人類的“體外器官”，可能也不為過。如此重要地設備，使它具備更多的功能，提供更多的應用場景，使收獲更多的愉悅的體驗，才是手機廠商們考慮的問題。

ToF 鏡頭具備空間測距，3D 掃描，3D 建模等功能，通過這一系列的功能，配合手機強大的運算和出力能力，手機也可以成為 3D 體感游戲機。以榮耀 V20 為例，研發(fā)團隊開發(fā)了精確的骨骼識別算法，輔助 TOF 3D 鏡頭投屏在屏幕上，讓屏幕上的游戲人物能夠在最大程度上準確地跟隨玩家的動作。在結合了這些高精度的身體輪廓數(shù)據(jù)后，榮耀 V20就能夠從人體各個部位的空間位置，精準識別跟蹤這些部位的形態(tài)，讓玩家在游戲中可以隨心所欲地做動作。從實測的操作中我們可以看到，無論是前后擺臂、身體擺動、起跳等動作，都可以實時識別定位。

除了國產(chǎn)手機應用了這個技術以外，一些國外的廠商也紛紛布局這一應用，例如三星和LG。我們可以看到配備的 TOF 技術，讓該機具備人臉解鎖功能，而且還能在 AR、VR 等場景下實現(xiàn)創(chuàng)新應用，讓用戶能享受到更好的服務體驗。ToF 技術不僅可以用在手機上，還可以用在汽車上。采用了 ToF 技術的倒車系統(tǒng)可同時偵測多個不同距離的行人或障礙物，當檢測到有行人或者障礙物靠近，就算是視線死角車頂?shù)臉渲?，透過軟件處理后，能以影像顯影或聲音警示距離，進一步輔助駕駛得知車后相關路況。ToF 技術使用領域廣泛，在未來結合新一代通信技術以及云計算等技術，將會更好地融入到各個領域當中。

4.3 3D Sensing 市場景氣上揚

據(jù) Trend Force 統(tǒng)計，到 2017 年年底，全球 3D Sensing 市場規(guī)模僅為 8.19 億美元。但受益于消費電子市場可預見的爆發(fā)式增長，全球 3D Sensing 市場規(guī)模將不斷擴大。Trend Force預測，未來幾年3D Sensing市場規(guī)模將呈幾何式增長，到2020年， 3D Sensing市場規(guī)模可達到 108.49 億美元。其中，3D Sensing 在智能手機市場上的滲透率不斷提高，3D Sensing 滲透率有望從 2017 年的 2.1%提高至 2020 年的 28.6%。

4.4 3D Sensing 核心部件——VCSEL

一顆 TOF 鏡頭的硬件可以分為發(fā)射端與接收端，發(fā)射端由 VCSEL、準直鏡頭和 DOE 擴散片組成，接收端由窄帶濾光片、光學鏡頭和紅外 CIS 組成。VCSEL 是 3D Sensing 中一個重要的零部件，用于發(fā)射高性能脈沖光。VCSEL（Vertical-CavitySurface-EmittingLaser，垂直腔面發(fā)射激光器），是一種半導體，其激光垂直于頂面射出。發(fā)射光源包括兩種，一種是邊發(fā)射的（如 LD），一種是垂直的（如 VCSEL）， 邊發(fā)射一般波長較長，用于信息傳輸；VCSEL 具有效率高、功耗低、傳輸速率快、制造成本低等優(yōu)良特點，逐漸成為 3DSensing 的主流發(fā)射光源。

VCSEL 是 3D Sensing 中重要的部件之一，不僅體現(xiàn)在其功能在體現(xiàn)在其價值量之中。隨著 3D Sensing 在手機中進一步滲透，VCSEL 的市場規(guī)模將隨之擴大。此外，我們認為不僅 ToF 不僅可以在手機中使用，還可以在光通訊、激光雷達等多個領域中使用，市場空間巨大。據(jù)市場研究機構 Yole 預測，到 2023 年，整個 VCSEL 市場將達到 35 億美元，年復合增長率達到 48%。VCSEL 領域具有市場大、增長快、應用廣等特點，未來對對 VCSEL的關注度將會日漸提升。

5、極致的全面屏方案——屏下攝像技術

iPhone X 的發(fā)布給消費者帶來的不僅是 3D 結構光解鎖，還有在當時超高的屏占比。從此，實現(xiàn)高屏占比，或者追求全面屏已經(jīng)成為了手機廠商努力的方向之一。在這過程中出現(xiàn)了多種方案，例如升降式攝像頭、滑蓋攝像方案、水滴屏、挖孔屏等等。但是這些方案都有相應的缺陷。升降式攝像頭方案雖然是真全面屏，但是會導致攝像頭部位有灰塵堆積，并且手機的防水性大打折扣；滑蓋攝像方案也會出現(xiàn)升降式攝像頭方案的問題，此外，滑蓋攝像方案還會導致手機變厚；水滴屏和挖孔屏雖然不會出現(xiàn)上述情況，但是并非完整的全面屏，就是非“真全面屏”。

2019 年，OPPO 在未來科技大會上展示了實現(xiàn)極致全面屏的技術。OPPO 通過采用屏下攝像頭技術實現(xiàn)透視全景屏。在演示的過程中，使用 OPPO 展示的工程機，當打開相機并且切換到前置攝像頭時，屏幕會顯示一道流光動畫，提醒攝像頭所在位置。然后，就可以對著流光的位置開始拍攝。實際上 OPPO 已經(jīng)在 2018 年 6 月就申請了屏下攝像頭的相關專利。據(jù)專利圖顯示，顯示屏實際上分為了兩種區(qū)域，一種是正常顯示的“非透光區(qū)域”，另一種則是在攝像頭上方的“透光區(qū)域”。在“透光區(qū)域”底下，則藏有成像組件以及投影組件兩部分，當中成像組件負責進行拍照，而投影組件則負責向顯示屏投影顯示內容。進而實現(xiàn)把攝像頭藏在屏幕底下的同時也能在這塊區(qū)域上進行顯示。OPPO 的屏下攝像頭解決方案是通過整合前置攝像頭與屏幕的方式，讓前置攝像頭相機區(qū)域具有低反射、高透光率等特性，保證自拍時光線能充分穿透玻璃，確保成像質量，為用戶帶來更完整的視野、更全面的屏幕和更一體化的機身。

雖然 OPPO 目前已經(jīng)可以展示出屏下攝像的技術，然而要實現(xiàn)批量化生產(chǎn)，還有一段距離，主要是目前存在難點。鏡頭的透光率越高，成像畫質就越好。不同于挖孔屏，在設計和生產(chǎn)時已經(jīng)為攝像頭預留出一個“空白”位置用于透光，屏下攝像頭方案中“透明區(qū)域”和整個屏幕是一個整體，這就意味著屏下攝像頭要隔著玻璃蓋板、顯示層、基板的屏幕進行工作。目前，傳統(tǒng) OLED 屏的透光率本身為 40%~50%，而屏下拍照要求透光率需要達到 80%透光率。此外，還要考慮到，面板內部的折射、反射，所以透光率不會太高。因此，攝像頭對應的區(qū)域需獨特設計，從而保證有充足的光線可以進入攝像頭傳感器，以保證良好的拍照效果。OPPO 表示，為了盡可能實現(xiàn)攝像頭部分的面板“透明化”，屏幕像素結構需要有針對性的重新構造、設計。具體而言，是針對前置攝像頭上方顯示區(qū)域的 RGB 像素排列進行重新設計，以使這一區(qū)域的透光率更高。

從供應鏈的角度來看，目前除了 OPPO，小米、華為等公司也有評下攝像頭的技術方案和專利。因此，屏下攝像頭的方案有很多種，業(yè)界較有可能采用 OLED 電路控制的方案。國內的面板廠，包括京東方、天馬、華星、維信諾都和整機廠加大研發(fā)力度，預計 2020年會有小批量的試驗，期待 2021 年會有終端產(chǎn)品大批量上市。

6、總結分析

2019 年，雖然手機市場表現(xiàn)疲軟，但是 5G 帶來的換機潮已經(jīng)開始進行。同時頭部手機廠商的市場份額也得到了進一步的增加，頭部手機廠商在市場的影響力繼續(xù)增強。手機市場的疲弱并未影響到手機多攝滲透的快速進行，手機攝像頭模組不斷出貨量同比上升。預計在頭部手機廠商的帶動下，手機多攝的滲透率會進一步加強，手機攝像頭模組市場維持景氣，手機攝像頭模組內部的零部件也會同樣受益。

雖然高像素成為手機廠商宣傳銷售的產(chǎn)品的一大特點，但是高像素不等于高畫質。影響畫質的其中兩個要素是傳感器與鏡頭。雖然高像素不等于高畫質，但是能實現(xiàn)高像素的攝像頭卻已經(jīng)從高端機型滲透到中端機型。由于下游消費電子需求日益旺盛，導致面對多攝加速滲透的行業(yè)形勢，CIS 供應出現(xiàn)緊張，CIS 供應商正在擴產(chǎn)。鏡頭是實現(xiàn)高畫質的另一要素。目前手機鏡頭主要用的是塑料鏡片。面對手機輕薄化、手機零部件成本增加、塑料鏡片熱穩(wěn)性較低等一系列問題，在長焦鏡頭成為高端、中高端手機必備要素的今天，玻塑混合鏡片已經(jīng)成為了解決上述問題的一大方案。

在多攝滲透的過程中，ToF 鏡頭也走進了消費者中。ToF 作為 3D Sensing 中的其中一種方案，由于其測量距離長，成本低，功耗不高的等優(yōu)勢，已經(jīng)被多個手機品牌在獲得被使用。目前 ToF 被使用最多的是在拍照與解鎖方面。然而，ToF 具備 3D 測量與建模的能力。通過 3D 測量與建模，可以實現(xiàn)基于 VR/AR 等一系列游戲與應用在手機中的使用，增強用戶體驗。同時 ToF 的 3D 測量與建模功能也可以用在汽車、軍事等一些領域。因此，ToF 的未來市場空間巨大。