文 | 指数资本数据中心

图像传感器行业，在2019~2021年曾是大热板块，之后逐渐回归理性。近年来，下游市场急速变化，前沿技术层出不穷，赛道赢得新的关注。本文聚焦三个问题（下文将CMOS图像传感器简称为CIS）：

▶  问题一：CIS行业已经跑出上市公司，一级市场还有机会吗？

① 国内市场增速远高于全球市场；

② 安防、汽车、工业，三大新兴应用领域助力国产厂商赶超。

▶ 问题二：长光辰芯是如何突围的，带来哪些启发？

① 专注特种、高端装备领域，绕开巨头，放大技术优势；

② 财务报表上，表现为高单价、高毛利、高成长。

▶ 问题三：光谱图像传感器等前沿技术大热，对应市场空间究竟有多大？

① 光谱传感器，全球市场规模已超10亿；

② 3D立体视觉传感器，全球市场规模近百亿美金；

③ 事件视觉传感器、偏振图像传感器、短波红外SWIR图像传感器、量子点图像传感器等技术也在飞速发展中，部分领域已跑出本土厂商。

▲  全球CIS销售额规模及增速（数据来源：Yole）

■ 国内需求高增：中国市场规模增速快于全球

CIS是光芯片产业中最大的细分赛道，占比45%，市场规模已超200亿美元。

近年来，全球CIS销售额总体呈稳定增长态势，据Yole统计，从2017年的139.05亿美元快速增长至2022年的212.90亿美元，复合增长率约为9%。预计2028年，全球销售额将进一步增长至288亿美元，复合增长率约为5%。

在中国，CIS处于高速发展阶段，据测算2023年国内销售额为433.20亿元，2021~2023年复合增速超20%，远高于全球同期增速。

■ 三大新兴领域：需求强差异化，利于弯道超车

智能手机已进入存量时代，目前仍是CIS最大的应用领域，但增量有限。手机CIS的增长，主要由多摄像头及高画质需求拉动。2023年上半年，智能手机平均有3.8个摄像头，约为2017年的2倍，但随着摄像头升级带来的边际效益递减，单个手机的摄像头需求也将固定。

安防、汽车、工业，这三大新兴市场的规模增速，显著高于传统智能手机市场。且上述场景对CIS提出了与智能手机明显不同的要求，面对这些差异化需求，国外龙头的相对竞争优势没有那么明显，甚至国产厂商在一些细分领域已实现赶超。

▲ 全球CIS应用领域分布情况（数据来源：Yole）

● 安防监控：已跑出两家本土巨头

安防领域对CIS有4种特殊需求：

① 超低照度和超高红外感应，以在现场监控及录像回放中更清晰地辨识人和物体。

② 高信噪比：信噪比越高，传输图像信号质量越高。

③ 高动态范围：在非常强烈的对比下，比如强光源照射及阴影、逆光等同时存在时，让摄像机看到影像。

④ 高帧率：能有效解决摄像机拍摄快速移动的物体时所引起的拖影现象，通常应用在道路监控等领域。

安防监控市场高速发展，2022年，全球安防监控领域CIS市场规模为12.41亿美元，同比增长15%。预计2028年市场规模将达32.80亿美元，复合增长率约为18%。

我国已成为全球最大的安防视频监控产品制造地，和全球最重要的安防监控市场之一。本土企业发展较快，已在全球市场占据重要地位。韦尔股份旗下子公司【豪威科技】，是安防领域的龙头，2022年以销售收入口径计算的市占率约为30%，具有一定技术优势；以2022年出货量口径计算，国内企业【思特威】的产品，在安防CIS领域位列全球Top1。

● 车载CIS：增速最快，第二大应用市场

▲由于车辆定位精确度增加，单车平均搭载CIS数量明显增加； 更高的技术要求，带动车载CIS单价提升 （数据来源：华经产业研究院、集微咨询、红塔证券）

车载CIS的特殊需求集中在质量和功能上，应用包括：后视摄像(RVC)，全方位视图系统(SVS)，摄像机监控系统(CMS)，FV/MV，DMS/IMS系统。

质量方面，车载CIS安全级别比工业级别要求更高，尤其是前置ADAS的镜头。

① 温度要求：车载摄像头温度范围在-40℃~80℃。

② 防磁抗震：汽车启动时会产生极高的电磁脉冲，车载摄像头必须具备极高的防磁抗震可靠性。

③ 较长的寿命：车载摄像头的寿命至少要在8~10年以上。

功能上，车载摄像头要保证在复杂运动路况下采集到稳定数据，对像素及HDR、LED闪烁抑制等功能提出更高要求。

① 高动态范围：在较暗环境及明暗差异较大时，仍能实现识别。

② 中低像素：为降低芯片负担，摄像头像素并不需要非常高。

③ 大可视角度：对于环视和后视，一般采用135°以上的广角镜头，前置摄像头对视距要求更大，一般采用155°范围。

汽车领域是CIS增长最快的市场，厂商争相布局。据Yole数据，2020年单车平均搭载摄像头数量约为2.2颗，随着L3级别以上自动驾驶的渗透率逐步提升，预计到2028年将达到7.0颗。2022年，汽车CIS的销售额为21.86亿美元，同比增长14%。预计到2028年，全球汽车CIS市场规模将达36.27亿美元，复合增长率约为9%。

CIS芯片在2021年缺货涨价，高端像素市场的龙头安森美因疫情影响产能不足，【韦尔股份】等国内厂商积极布局汽车领域，市占率有所增加。

● 工业领域：又一大新兴市场，孕育黑马长光辰芯

在工业领域，CIS的重要应用之一是自动光学检测（AOI），包括显示面板检测、PCB检测、电子元器件检测等。特殊需求主要是“全局快门”和宽温区。

① “全局快门”技术：由于CIS逐行扫描式的成像原理，当物体高速运动时，会产生“果冻效应”，导致成像变形。在高速运动的生产线上，“果冻效应”严重影响了CIS在自动光学检测场景的应用。因此，业界推出“全局快门”（Global Shutter）概念，通过整片CIS整体曝光，实现高速物体成像无变形效果。目前，全局快门技术已成为机器视觉市场的基本要求，效率高低是关键性能指标之一。

②宽温区：传统CIS芯片的工作温度范围往往不能满足工业应用的需求，需要从设计、制造、封装等多个层面出发，扩大工作温度。

据Yole统计，2022年工业领域CIS全球销售额为8.65亿美元，同比增长24%。预计到2028年，工业领域CIS的销售额达13.91亿美元，复合增长率约为8%。

国产黑马【长光辰芯】，在工业应用领域的全球市占率排名第四（Top3分别为安森美、索尼和特励达），在国内企业中排名第一。

▲外国巨头在CIS行业布局多年，国产厂商在市场份额等各方面不占优势（数据来源：Yole）

■ CIS行业痛点：日韩欧美企业长期布局，优势显著

CIS行业属于典型的技术、人才和资金密集型行业，市场集中度高，CR5=84%。日韩、欧美企业在行业内长期布局，在整体业务规模、综合资金实力、人才技术实力、品牌认可度、客户关系网络等方面有显著优势。国产厂商代表【格科微】和【思特威】的市场份额合计仅为6%，国产化率较低。

同时，CIS是强周期性行业，不可避免地受到宏观经济波动及贸易环境变化的影响。行业主要应用领域智能手机、计算机等，目前增速均放缓。

技术研发也是CIS厂商面对的共同挑战。在当前高分辨率、清晰度、高感光等新的市场需求下，图像传感器技术正快速升级迭代，从前照式→背照式→堆叠式背照→双层晶体管堆叠背照等，基本都由索尼、三星等行业巨头引领，国产厂商大都处于跟随状态。且CIS研发周期长，资金投入大，有研发成果不及预期、偏离市场需求、市场推广受阻等风险，前期投入很可能无法收回。

■ 长光辰芯的解法：差异化定位绕开巨头，放大技术优势

● 背靠长光所，天然具备技术积累&客户资源优势

长光辰芯最初由长光所（中国科学院长春光学精密机械与物理研究所）牵头成立，从欧洲引进了包括王欣洋在内的CIS研发团队，公司核心技术人员均来自此团队和长光所。

奥普光电（长光所下属上市公司）、凌云光（长光所合作伙伴，上市公司）是公司成立初期的股东、大客户，且据招股说明书披露，公司发展壮大之后，直到申报期3年内，关联方销售金额一直达到20%左右。

● 战略定位独特，绕开巨头

长光辰芯专注特种、高端装备领域（科学仪器、机器视觉等），避开了与主流CIS巨头的直接竞争。

在高端装备领域，高性能图像传感器价格非常高。据招股说明书披露，公司产品平均单价4千元/颗。其中，光学尺寸＞APS-C的面阵产品作为主力产品，占公司收入1/3，平均售价高达1.45万元/颗。

据yole统计，2021年军工/航天（包含科学仪器）CIS芯片市场规模约为4亿美元，行业Top 6分别为Teledyne（41.5%）、onsemi（安森美15.46%）、BAE Fairchild（8.46%）、Hamamatsu（滨松6.78%）、Sony（索尼6.49%）、长光芯辰（6.24%）。

● 产品性能优异，不输巨头

长光辰芯自成立以来专注高性能CIS的研发、设计、测试、销售及相关定制服务，部分产品的性能与技术指标达到了国际先进水平，不输索尼、安森美等高端装备领域图像传感器巨头，价格上也有优势，赢得了市场认可，与国内外具备行业引领能力的客户形成稳定供应关系。

● 切合国产替代大趋势

在当前形势下，解决关键技术领域的“卡脖子”问题，具有重要的国家战略意义。在国内高端装备领域，高性能图像传感器长期以来依靠进口，价格昂贵。长光辰芯的突围，极大地推动了该领域的国产化进程。

■ 长光辰芯的财务表现：高毛利、高成长

指数资本拉取CIS领域各大巨头的财务数据，发现长光辰芯产品单价远高于其他企业，在毛利率和收入增速方面表现极为优异。

在传统CIS技术的基础上，业界正积极致力于开发新的图像传感器技术，以检测超出人类视觉能力范围的信息，包括更宽的光谱范围、更独特的偏振特性、更高的光谱分辨率等。代表性技术有6种：短波红外SWIR图像传感器、量子点图像传感器、事件视觉传感器、偏振图像传感器、3D立体视觉传感器、光谱传感器。

■ 光谱传感器：应用场景丰富，市场规模已超10亿

近期关注度直线上升的光谱传感器，是一种用于测量和分析物质的光谱特性的设备。传统光谱分析大多是针对一个单点位置，而图像光谱测量结合了光谱技术和成像技术，造就了空间维度上的光谱分析，也就是现在的多光谱成像和高光谱成像技术。

多光谱技术（Multispectral）是指能同时获取多个光学频谱波段（通常大于等于3个），并在可见光的基础上向红外光和紫外光两个方向扩展的光谱探测技术。高光谱成像（Hypespectral）是一种可以捕获和分析一片空间区域内逐点上光谱的精细技术，由于可以检测到单个对象不同空间位置上的独特光谱“特征”，因此可以检测到在视觉上无法区分的物质。

现在已经有了许多基于芯片级光谱技术的光谱传感器，具有成本低廉、便携、易于使用等优点。目前主要应用包括：

① 颜色提取。光谱传感器可以检测物体反射或发射的光谱，从中提取出颜色信息。这在颜色测量、颜色匹配及印刷和纺织工业中非常有用。

② 认证。光谱传感器可以通过检测物体的光谱特征，来验证其真实性。例如，可用于食品和药品行业中的产品认证，以确保其合法性和质量。

③ 物质和材料分析。光谱传感器可用于分析和识别不同物质和材料的光谱特征，在化学、生物、环境科学等领域中，可用于快速检测和分析样品成分和性质。

④ 流体分析。光谱传感器可通过测量流体样品的吸收或散射光谱，来分析其组成和性质。这在水质监测、食品安全和医疗诊断等领域中具有重要意义。

2022年，全球多光谱传感器市场规模达11.35亿元（人民币），据贝哲斯咨询预测，2028年，全球多光谱传感器市场规模将达到71.68亿元，年均复合增长率达36%。

目前，该领域代表性厂商有奥地利AMS、日企滨松光子等。

■ 3D立体视觉传感器：百亿美金市场，三种技术路线均已跑出国产厂商

由于一般的单幅二维图像无法获取深度信息，因此演化出了3D视觉传感器，广泛应用于三维测量领域，包括生物识别、AIoT、工业和汽车等。目前有三种技术路线共存：

① 结构光（Structured light）：通常采用特定波长的不可见红外激光作为光源，发射出的光经过编码投影在物体上，通过一定算法来计算返回编码图案的畸变，来得到物体位置和深度信息。代表厂商有苹果（Prime Sense）、英特尔（RealSense）、Mantis Vision、【奥比中光】等。

② TOF（光飞行时间法）：测量光飞行时间来取得距离，即通过给目标连续发射激光脉冲，然后用传感器接收反射光线，通过探测光脉冲的飞行往返时间，来得到确切的目标物距离。

指数伙伴【芯视界】是全球率先研究单光子dToF三维成像技术的先驱之一，在单光子直接光飞行时间ToF（SPAD dToF）技术和应用落地上处于领先地位。公司拥有芯片级的光电转换器件设计和单光子检测成像技术，主营基于单光子探测的一维和三维ToF传感芯片，是国内稀缺的能够实现SPAD器件及dToF芯片规模化商用落地的芯片公司，主营业务收入已于2023年突破亿元人民币。芯视界在手机、扫地机器人等消费电子领域打破了美日企业的垄断，并陆续在工业、汽车等领域全面开花。

③ 双目立体视觉(Binocular Stereo Vision)：基于视差原理，并利用成像设备从不同的位置获取被测物体的两幅图像，通过计算图像对应点间的位置偏差，来获取物体三维几何信息。代表厂商有 Ultraleap、Stereolabs、【大疆】等。

据Yole测算，2022年，全球3D成像和传感市场的收入达到82亿美元，预计2028年将翻倍增长至172亿美元，年均复合增长率13%。具体到不同的终端市场，增长最快的是汽车市场，年均复合增长达到38%；其次是工业市场，达到13%。按照3D实现方式进行划分，TOF增长最快，年均复合增长达到20%，其次是双目视觉，CAGR达到17%。

■ 事件视觉传感器：只捕捉动态变化，已有国产厂商突围

EVS（Event-based Vision Sensor）是模仿眼睛的感光机制而建立的传感器技术，主要捕捉动态的、变化的信息（≈亮度变化）。事件相机相比标准相机具备以下优势：主动像素、无帧率；低延迟、高时间分辨率；动态范围广；低带宽；生成数据少、反应速度快，处理成本低。

事件视觉传感器可应用于多种不同领域，包括：

① 数据表示与处理

② 特征提取、匹配与跟踪

③ 运动物体检测、识别与跟踪

④ 立体匹配、深度估计

⑤ 光流估计

⑥ 强度估计、场景拼接、场景重建

⑦ 运动估计、自主定位与位姿跟踪

⑧ 视觉里程计、视觉SLAM

⑨ 多传感器融合等

目前，事件相机在应用上仍存在一些挑战，主要包括硬件缺陷造成的挑战以及处理范式转变带来的挑战，如噪声大、空间分辨率低，算法实时性难以保障，事件的时间对比触发特性，事件流的稀疏异步特性等。

该领域主要厂商包括：法国的Prophesee，瑞士的iniVation、Insightness（被索尼收购），索尼，三星，Chronocam，【上海芯仑光电】。

■ 短波红外SWIR图像传感器：重大技术难题待解决，应用领域或可拓展

SWIR（短波红外线）图像传感器在产品的品质检测中发挥着重要作用。不同于可见光，SWIR是一种红外线，可用以识别肉眼难以捕捉的划痕、异物混入等。

SWIR图像传感器已得到广泛应用，但在技术上还存在重大难题。像素尺寸就是其中之一，从画质角度来说，这个问题导致难以拍摄清晰的影像，相机制造商必须在后期进行图像处理。另外，市面上现有的传感器都是模拟输出类的，因此，必须由相机进行数字转换，这样会造成相机信号电路处理的负荷增大，而且设计难度也非常大。

在航天军工、机器视觉等细分市场，Teledyne、滨松光子等厂商一直在做SWIR图像传感器，但市场空间比较小。近年来，以索尼、意法半导体为代表的厂商，正在试图基于自身的CIS技术研发新一代SWIR图像传感器，并且试图将此类产品引入消费、车载等更广阔的市场中。

■ 量子点图像传感器：可引入大众电子消费品，应用潜力巨大

量子点图像传感器对光线的吸收是可调的，光线吸收能力更强、成像动态范围更广、尺寸更小更薄，且非常易于制造。

量子点相机有一个巨大潜力，就是可以将红外摄影技术带入大众电子消费产品中。相比一般的红外摄像机，量子点可以使用廉价的大规模化学处理技术合成，快速、高效，还能进一步缩小红外摄像机的尺寸，降低成本。

但目前由于材料稳定性差（易被氧化）、转换效率偏低、一致性较差等原因，以量子点材料为光线吸收材料的图像传感器尚未得到大规模应用。代表厂商包括：SWIR Vision Systems、InVisage（2017年被苹果收购）、BAE Systems、Brimrose、Episensors和Voxtel等。

■ 偏振图像传感器：由索尼引领，国产厂商不多

偏振图像传感器能轻松实现传统方法难以做到的任务，如识别物体形状、消除水或玻璃表面上的干扰反射光以看清另一侧的物体、检测变形及划痕。以索尼的偏振图像传感器为例，它在传统CIS的基础上集成了4向偏振滤光片，可实现一次拍摄即获得偏振图像，不用像传统方法一样使用单向偏振滤光片，以旋转物体或偏振滤光片来进行多次拍摄，最终获得偏振信息。

偏振图像传感器主要应用于制造业、智能交通系统（ITS）、医疗、安防，及科学研究等领域。