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手机摄像头越来越多,国内镜头和CMOS产业或将沐浴春风

时间:2019-11-02 10:50:05| 查看: 3477|

摘要: 三言财经 10月7日消息,据猫眼电影专业版数据,10月6日16时,2019年国庆档观影总人次突破1亿。这是国庆档观影人次首次突破1亿,超过了2017年及之前所有春节档的观影人数。

资料来源:deeptech deep

从iphone 11的三部相机到mate 30的四部相机,再到诺基亚的六部相机概念。智能手机后置摄像头的数量远远超出了人们的预期,尤其是与第一款带摄像头的手机夏普j-sh01相比。

手机使用的相机和传统的相机镜头是两码事。手机摄像头使用cmos和ccd等两种图像捕捉设备将测量目标转换为特定格式的数字图像信息。图像处理系统根据图像携带的像素、亮度、颜色等物理信息,选择预设算法,进行各种操作,获得目标物体的特征信息。

正是由于与照相机相关的软件和硬件技术的迭代,今天产生了更多的照相机以及更多的三维和运动图像。那么一部手机中包含的摄像头数量是过去的三倍或更多。对于国内相机相关供应链来说,一旦抓住了这一产业转型的机遇,必将迎来迅猛的增长。

手机相机市场的成熟无非是市场增长率和需求的下降,而行业特征、竞争和用户特征趋于稳定。最后,买方市场形成,产品供应超过需求,行业盈利能力下降。其具体表现可与2010年相比,相机手机占市场上所有手机的81%,这意味着单相机手机市场正在逐步走向成熟。

然而,类似眼镜狗的iphone 11这样的三相机设计,不仅存在灰尘进入等不成熟技术带来的问题,而且多相机手机的市场份额相对较小,因此这一领域的市场仍处于起步阶段。那么市场会向多摄像头发展吗?

图1 iphone 11(来源:苹果)

答案是肯定的,这是因为手机摄像头算法随着机器视觉的进步而不断改进。为了实现更强大的算法,必须使用越来越多质量更好的摄像机来收集信息。机器视觉主要由三部分组成:图像采集、处理和输出。图像处理部分将摄像机捕获的三维视觉世界和二维投影序列输入计算机进行分析和处理。当输入信息更完整、噪声更小时,处理后的效果更好。

图像处理可以简单地分为三层。第一层是低层视觉,用于处理输入的原始图像。第二层是中层视觉,用于恢复场景的深度、表面法线方向和轮廓等2.5维信息。第三层是高级视觉(high-level vision),其功能是恢复完整的三维图像,建立物体的三维描述,识别三维物体,并基于原始输入图像、图像的基本特征和2.5维信息确认物体的位置和方向。

当然,机器视觉理论的光并没有得出“手机需要更多摄像头”的结论。在一些工业测试中,只需要一台摄像机就可以达到99.9%的检测精度。例如,日本富泰有限公司推出的全自动打印检测监控系统,在打印设备处于最高生产速度的情况下,只需要一台摄像机就可以在整个工作周期内跟踪打印设备100%的宽度,并及时发现打印故障。

工业检测中机器视觉的场景是固定的,但手机摄像头的工作场景是多种多样的,包括光源、光强、场景深度等。从材料价格出发,用于实现现代机器视觉算法的多摄像头组比单摄像头便宜,这也是手机制造商选择多摄像头的原因之一。

虽然它们都是摄像机,但多摄像机组中的每个摄像机都有自己的职责,有些负责接收光信息,有些负责测量场景距离等。根据手机摄像头的结构,该模块由镜头、传感器、后端图像处理芯片和软板四部分组成。其中,镜头对像素等参数的影响最大。即使负责不同任务的摄像机对高像素和低噪声也有相同的要求。

同时,镜头的技术门槛最高,产量低,投入产出比相对较低,所以镜头的利润率在四个部分中最高,一般在30%-50%之间。台湾的第一光电(Daiichi光电)、裕景(Yujing)等制造商在手机相机镜头的生产方面处于世界领先地位,尤其是推动了台湾相机领域发展的第一光电。

图,镜头(来源:网络)

大理光电于2002年首次涉足手机相机领域,当时该公司首次推出手机相机镜头。随后,2009年,一款1200万像素自动对焦手机相机问世。事实上,直到2011年,手机摄像头的数量仍为800万台,大理光电的产品容量远远超过市场需求。

如上所述,2011年是智能手机行业的爆发。2010年,全球智能手机销量为9.18亿部,2011年增长21%,达到11.14亿部。手机摄像头是智能手机的标准配置。同年,装有800万像素及以上摄像头的手机数量增加了240%以上

在这样一个蓬勃发展的市场中,大理光电的毛利率在2010年达到49%,仅次于莲花的53.70%,比行业第三大原创技术高出10%。2011年手机市场爆发后,达利光电的收入翻了1.3倍,净利润几乎翻了一番。

除了技术,生产效率也是手机相机竞争的关键因素,这取决于工人对设备的熟练操作和手机相机管芯的利用率。例如,在塑料透镜的制造过程中,需要高端塑料注射成型机。这台机器需要根据不同产品的要求设置不同的参数。一旦参数设置不正确,不仅会影响生产,还会浪费材料,导致制造成本增加。

然而,管芯是根据订单制造的。每种订单都将被制成一种模芯。一旦订单完成,芯片核心将失效。多摄像头手机需要制造许多不同的模芯,因此企业控制模芯的使用寿命和生产成本就显得更加重要。

自2003年以来,台湾各大相机厂一直参与手机相机模组的生产,如群光、申智、普利等。因此,台湾手机相机的总出货量占全球总量的40%。不仅如此,在相机触及的光学领域,台湾有大理光电、玉京光电、亚光、金国等制造商,而大陆有深圳蓝鸟、凤凰光学、无锡凯尔、深圳比亚迪等。

照片:大理光电(来源:大理光电)

受海峡两岸三通的影响,台湾不断增加对大陆的投资。例如,大理光电、余金店、亚光和申智分别在东莞、苏州和佛山设立了工厂。因此,广东的光学聚居地也在逐渐扩大,取代台湾成为低端镜头领域的世界第一。

这种投资不仅带来经济,也带来技术。此外,台湾约有20至30家光学制造商,他们的产品包括玻璃毛坯、透镜、变焦透镜、瞄准器、取景器、模具等。随着先头部队的投入,越来越多的优秀技术将被引进大陆,大陆是所有相机行业发展的源泉。

同时,大陆地区提出了培养光学人才的战略规划。目前,Xi、陕西、成都、四川、江西等省已经建立了光学实验基地,不仅可以培养人才,还可以依靠附近的光学集团将人才与生产相结合,更加注重技术的实用性。例如,江西凤凰光学集团的“回城入园”计划是推动产业创新的关键之一。

除了镜头,手机相机的另一个重要组成部分是上面提到的cmos,它是互补金属氧化物半导体。Cmos通过光学透镜将场景聚焦到图像传感器的像素阵列上,定时发生器在复位像素阵列后开始光电转换,产生光生电荷,然后将其转换成电信号。目前普遍使用数字像素cmos图像传感器,它在原有有源像素传感器的基础上集成了模数转换器和存储单元,可以直接产生数字信号,保证较高的图像采集质量。

照片:索尼移动cmos(来源:索尼)

Cmos是一种载体,可以用来实现多种功能。例如,低噪声放大器、上/下转换器混频器、中频滤波器、本地振荡器、功率放大器等。集成到单个cmos收发器芯片中。通过基带信号处理,可以在很小的空间内完成各种复杂的任务。

事实上,除了cmos,还有一种类似的载体叫做ccd。ccd图像传感单元中没有信号放大装置,光敏二极管可以在图像传感单元的表面占据更大的面积,通常称为孔径比。这使得光敏器件的光利用率和动态范围等光敏参数高于cmos。然而,电荷耦合器件需要施加电压来移动电荷,不同的垂直寄存器电压,再加上电荷耦合器件的低鲁棒性,使得在消费者的日常使用场景中,cmos的性价比远远超过电荷耦合器件。

不排除ccd技术将在未来变得更加成熟,以摆脱现有的缺点,但在目前的情况下,手机制造商仍然更喜欢cmos。Cmos是一个垄断性很强的领域。基本上,所有高端手机的cmos只能采用索尼的解决方案。

高端cmos将被垄断的原因是复杂原因的结合。例如,从准备材料开始,需要引用大量跨学科知识。为了获得更高质量的互补金属氧化物,经常需要大量的材料研究。此外,还有国际稀土开采政策等。

然而,随着中国整体科技实力的进步,越来越多的企业家正在挑战这座前所未有的大山。如今,像史蒂威和西斯塔这样的初创公司正在不断探索cmos之路。然而,就企业的整体成熟度而言,与索尼公司的cmos布局相比,国内初创企业仍需要很长时间才有机会赢回一座城市。

最后回到手机相机行业,手机相机行业的变化必然会引起镜头、cmos等行业的剧烈变化,并且还没有迎来真正的爆发点。问题在于如何掌握技术,明确战略定位,降低运营成本,提高效率,从而增加竞争优势。

资料来源:deeptech deep

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