3D成像和傳感器件市場(chǎng)預(yù)測(cè) 正在崛起的藍(lán)海

繼雙攝像頭時(shí)代的下個(gè)時(shí)代會(huì)是什么呢？麥姆斯咨詢認(rèn)為，3D成像和傳感技術(shù)已經(jīng)在高端市場(chǎng)的“庇護(hù)”下逐漸成熟，并在醫(yī)療類和工業(yè)類領(lǐng)域取得了巨大的成功。2016年，3D成像和傳感器件開(kāi)始出現(xiàn)明顯的商業(yè)拓展，市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)13億美元。

攝像頭模組——智能手機(jī)的兵家必爭(zhēng)之地

最近三年間，每部智能手機(jī)的攝像頭模組成本從15美元上升到近25美元，不少手機(jī)的配置數(shù)量也從1顆增至3顆。智能手機(jī)的各大巨頭，如蘋(píng)果、三星、華為、OPPO、VIVO、小米、LG等的旗艦機(jī)采取了差異化的攝像頭戰(zhàn)略。隨著人們?cè)谖⑿排笥讶?、Facebook和Snapchat等社交網(wǎng)站上PO圖的熱情高漲，對(duì)照片的要求也越來(lái)越高，一款能突出主體、色彩艷麗又能增加顏值的智能手機(jī)對(duì)消費(fèi)者的吸引力是巨大的，攝像頭成了智能手機(jī)廠商爭(zhēng)奪市場(chǎng)的一把利器。

每部智能手機(jī)攝像頭數(shù)量的發(fā)展趨勢(shì)

智能手機(jī)在攝像頭模組上可謂費(fèi)盡心思，后置攝像頭、前置攝像頭，增加像素，加大鏡頭和感光元件，這些還不夠。雙攝像頭的方案逐漸成為主打方案：主攝像頭+輔助攝像頭，做到類似單反的背景虛化效果；長(zhǎng)焦+廣角鏡頭方案，光學(xué)變焦的雙攝像頭模組；RGB+Mono方案，也就是彩色攝像頭+黑白攝像頭的方案，提高夜拍效果，提亮降噪。從后置雙攝像頭到前置前置雙攝像頭，輸出的照片焦內(nèi)更加銳麗清晰，而虛化部分也更加真實(shí)。

從本質(zhì)上講，雙攝像頭是一個(gè)過(guò)渡產(chǎn)品，因?yàn)闆](méi)有深度信息，只能依靠算法進(jìn)行測(cè)算，對(duì)于拍照或許能滿足攝像愛(ài)好者的初級(jí)要求，但是對(duì)于識(shí)別跟蹤和智能化增強(qiáng)處理方面，還是需要深度攝像頭的幫助才能做到完美。

那么，繼雙攝像頭時(shí)代的下個(gè)時(shí)代會(huì)是什么呢？麥姆斯咨詢認(rèn)為，3D成像和傳感技術(shù)已經(jīng)在高端市場(chǎng)的“庇護(hù)”下逐漸成熟，并在醫(yī)療類和工業(yè)類領(lǐng)域取得了巨大的成功。2016年，3D成像和傳感器件開(kāi)始出現(xiàn)明顯的商業(yè)拓展，市場(chǎng)規(guī)模超過(guò)13億美元。未來(lái)兩年，我們很可能看到以智能手機(jī)和電腦為首的大量采用3D成像感知設(shè)備的消費(fèi)類產(chǎn)品涌入，iPhone8極有可能采用前置3D攝像頭。蘋(píng)果這座“風(fēng)向標(biāo)”對(duì)3D攝像頭的應(yīng)用，極有可能將引發(fā)“類似指紋傳感器在消費(fèi)類電子上井噴式爆發(fā)”的場(chǎng)景再次出現(xiàn)，3D攝像頭最終將成為生物識(shí)別和臉部識(shí)別的主流配置。

3D攝像頭模組結(jié)構(gòu)

3D攝像頭模組拆解后，其主要硬件包括：紅外光發(fā)射器（IR LED或VCSEL）、紅外光圖像傳感器（IR CIS或者其他光電二極管）和可見(jiàn)光圖像傳感器（Vis CIS）、圖像處理芯片、濾光片或鏡頭。此外，室外工作的飛行時(shí)間（ToF）方案需要窄帶濾光片；結(jié)構(gòu)光方案需要發(fā)射端光學(xué)棱鏡與DOE光柵；雙目立體成像方案采用兩顆紅外光攝像頭或兩顆可見(jiàn)光攝像頭。

典型的3D攝像頭模組結(jié)構(gòu)

基于ToF方案的3D視覺(jué)系統(tǒng)的工作原理為：首先紅外激光發(fā)射器發(fā)射出近紅外光，經(jīng)過(guò)人手或人臉的反射之后，紅外信息（IR Light）被紅外光圖像傳感器所接收，這個(gè)圖像信息用來(lái)計(jì)算人手所處的位置（Z軸）；同時(shí)，可見(jiàn)光圖像傳感器采集二維平面（X與Y軸）的人手的可見(jiàn)光信息（Vis Light）；圖像傳感器的信息匯總至專用的圖像處理芯片，從而得到人手或人臉的三維數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)空間定位。

基于ToF方案的3D視覺(jué)系統(tǒng)工作原理

從硬件方面講，3D攝像頭模組與普通二維攝像頭模組的差異在于紅外光發(fā)射器的選擇上，采用垂直腔面發(fā)射激光器VCSEL取代傳統(tǒng)的紅外LED。VCSEL的優(yōu)勢(shì)是驅(qū)動(dòng)電壓和電流小、功耗低、光源可調(diào)變頻率更高（可達(dá)數(shù)GHz），與化合物半導(dǎo)體工藝兼容，適合大規(guī)模集成制造。傳言iPhone8的3D攝像頭將采用VCSEL+ToF方案，有望將VCSEL帶入消費(fèi)電子藍(lán)海。VCSEL的相關(guān)知識(shí)在后續(xù)的報(bào)道中我們會(huì)專門(mén)做詳細(xì)講解。

3D攝像頭模組的“春天”真的來(lái)了嗎？

據(jù)Yole報(bào)告《3D成像和傳感-2017版》，預(yù)計(jì)3D成像和傳感器件市場(chǎng)的復(fù)合年增長(zhǎng)率為37.7%，2022年將達(dá)到90億美元。如此爆發(fā)性的增長(zhǎng)讓人不禁想起指紋傳感器，2013年蘋(píng)果公司發(fā)布了采用指紋識(shí)別傳感器的iPhone 5S，由此引爆了指紋識(shí)別傳感器市場(chǎng)，三年間市場(chǎng)規(guī)模從幾乎為零飆升到幾十億美元。故事的開(kāi)始驚人的相似，主角都是蘋(píng)果公司，劇情是否會(huì)重演？

2011~2022年3D成像和傳感器件市場(chǎng)預(yù)測(cè)

各大公司在3D視覺(jué)布局已久，但是一直未出現(xiàn)大規(guī)模應(yīng)用，硬件是制約因素，算法的復(fù)雜性和未找到合適的應(yīng)用場(chǎng)景則是主要原因。從硬件方面講，單光子雪崩二極管（SPAD）、VCSEL、MEMS掃描鏡、近紅外圖像傳感器等技術(shù)工藝復(fù)雜，國(guó)內(nèi)有能力量產(chǎn)的企業(yè)簡(jiǎn)直是鳳毛麟角；3D攝像頭模組的工藝流程也較雙攝像頭模組復(fù)雜許多，國(guó)內(nèi)的丘鈦科技已有量產(chǎn)的案例。在算法端，3D深度攝像頭要求模組廠和算法進(jìn)行有效配合。3D更偏向于深度攝像技術(shù)，它對(duì)算法提出的要求更高，它不再滿足雙攝機(jī)械式AA制程。沒(méi)有合適的應(yīng)用場(chǎng)景則是導(dǎo)致3D攝像技術(shù)一直處于不溫不火局面的原因?，F(xiàn)在，我們期待蘋(píng)果（Apple）公司能夠邁出重要一步，推動(dòng)3D成像和傳感產(chǎn)業(yè)發(fā)展。生物識(shí)別和臉部識(shí)別將成為3D成像和傳感技術(shù)的主要應(yīng)用，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）則是另一個(gè)重要應(yīng)用。未來(lái)幾年，消費(fèi)類產(chǎn)品對(duì)3D攝像頭的采用，則是推動(dòng)該市場(chǎng)的強(qiáng)勁動(dòng)力！劇情是否會(huì)按預(yù)想的發(fā)展，讓我們拭目以待！