广发证券-电子行业深度:智能手机走向存量时代,关注新技术渗透带来的投资机会系列十-TOF:海外市场发展迅速,国内产业链机会来临

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行业: 电子元件
作者: 许兴军 王亮
发布机构: 广发证券
发布日期: 2017-02-21
行业深度|电子 证券研究报告 智能手机走向存量时代,关注新技术渗透带来的投资机会系列十 Tabl e_Title TOF:海外市场发展迅速,国内产业链机会来临 行业评级 买入 Table_Grade 前次评级 买入 报告日期 2017-02-21 Ta ble_Summary 核心观点:  相对市场表现 Tabl e_Chart 电子 TOF:深度相机重要解决方案,海外市场发展迅速 20% TOF(Time of Flight,即飞行时间)是目前 3D 深度相机采用的主要技 10% 术方案之一。相较于其他 3D 成像技术,TOF 在画面拍摄后,计算景深时 0% 不需后续处理,因此既可避免时间延迟,又可节省采用强大后处理系统带 -10% 来的相关成本,潜在应用场景十分广阔。目前,国外 TOF 相关技术市场发 -20% 2016-02 2016-06 沪深300 2016-10 2017-02 展迅速,Sensor 目前主要由 STM、TI、奥地利微电子等巨头垄断,STM 受 益于 TOF 快速发展喜获大量订单;TOF 产业链企业如红外 LED 企业台湾 分析师: Table_Aut hor 晶电也分享行业红利,股价近期大幅上扬;对比来看,国内则在 TOF 产业 021-60750532 链环节同样进行了积极的技术储备,伴随 TOF 成长有望跟随成长。  下游市场扩张迅速,助力 TOF 快速成长 许兴军 S0260514050002 xxj3@gf.com.cn 分析师: TOF 的快速成长依赖于下游领域的快速扩张。受益于下游市场的迅速 王 亮 S0260516070003 021-60750632 崛起,TOF 正在进入快速成长期:一方面,智能手机进入存量时代,微创 gzwangliang@gf.com.cn 新持续产生并加速渗透,对深度摄像的需求以及智能手机交互方式的变化 促进 TOF 的市场扩张,在技术改善和成本趋低的背景下,TOF 技术未来有 相关研究: Table_Report 望在手机中广泛应用;另一方面,以 ADAS 渗透率不断提高为代表的汽车 智能汽车与无人驾驶系列之 智能化趋势、新型智能终端的应用渗透趋势都在推进,TOF 作为深度测量 四:台湾汽车电子发展模式可 的主流技术方案,十分适用于局域场景内手势交互,伴随下游成长 TOF 将 作借鉴,国产替代加速进行 显著受益。 电子行业周观点:由近期长盈  TOF 相机核心器件跟随成长,有望分享产业链红利 精密成长曲线变化想到的 TOF 相机结构复杂,在其技术实现方案中,发射端的红外 LED、必备 电子行业周观点:如何理解这 器件滤波片以及接收端的摄像头等核心部件扮演的重要作用。在 TOF 相机 个时点上的电子精密制造公 快速成长的背景下,核心器件的跟随成长将成为必然。目前我国在相关产 司? 2016-09-04 2016-08-28 2016-08-21 业已经具备一定布局,未来有望迎来超预期成长分享行业成长红利。  投资建议 联系人: Table_Contacter 我们看好 TOF 技术在未来下游市场中的广泛应用,认为在成本趋降的 背景下,将率先在智能手机领域得到渗透率显著提升,并伴随智能汽车、 余高 021-60750632yugao@gf.com.cn 新型硬件的崛起得到广泛应用。我们看好 TOF 技术的成长远景,认为红外 LED、摄像头以及滤光片等作为 TOF 相机的核心器件,未来有望获得行业 成长红利。我们看好相关产业链机会,并重点推荐华灿光电、水晶光电、 福晶科技、三安光电和联创电子!  风险提示 下游市场成长不及预期的风险,致使 TOF 产品应用场景受限;成本降 低速度低于预期风险,限制 TOF 技术在手机领域的渗透率提高;替代性方 案崛起风险,新型低成本深度相机方案普及将冲击 TOF 产品应用。 识别风险,发现价值 请务必阅读末页的免责声明 1 / 22 行业深度|电子 目录索引 核心逻辑 ............................................................................................................................. 4 TOF:深度相机翘楚,应用场景广阔 ................................................................................. 5 TOF:速度快、精度高的深度相机技术...................................................................... 5 应用领域广泛多样,市场仍在起步阶段 ..................................................................... 6 国际市场发展迅速,国内产业链起势在即 .................................................................. 8 下游行业快速扩张,推动 TOF 迅速成长 .......................................................................... 10 TOF 技术改善成本渐低,手机中广泛应用可期 ........................................................ 10 汽车智能化趋势已成,景深测量势在必行 ................................................................ 12 新型智能硬件起量在即,输入革命助力 TOF 起飞 ................................................... 14 核心器件跟随成长,有望分享产业链红利 ........................................................................ 18 TOF 相机硬件结构复杂,核心器件作用突出 ........................................................... 18 红外 LED:应用场景多样,成长空间广阔 ............................................................... 19 摄像头:接收端重要设备,搭载量有望上升 ............................................................ 19 滤光片:TOF 必备器件,受益景深相机成长 ........................................................... 20 投资建议 ........................................................................................................................... 21 风险提示 ........................................................................................................................... 21 识别风险,发现价值 请务必阅读末页的免责声明 2 / 22 行业深度|电子 图表索引 图 1:TOF 相机原理 ............................................................................................... 5 图 2:部分不同技术路线深度摄像产品 .................................................................. 5 图 3:3 种主流深度摄像技术对比 .......................................................................... 6 图 4:国内不同深度摄像技术方案产品对比 ........................................................... 6 图 5:海康威视发布国内首款工业立体相机 ........................................................... 7 图 6:使用单一 TOF 深度相机的人脸追踪 ............................................................. 7 图 7:TOF 深度相机应用领域广泛 ......................................................................... 7 图 8:市场上最小的 TOF 传感器 ............................................................................ 9 图 9:意法半导体两代 TOF 传感器对比 ................................................................. 9 图 10:2016 年搭载 VL53L0 的手机 ...................................................................... 9 图 13:价格高达 699 美元的德州仪器 OPT8241-CDK 评估模块 ........................ 10 图 14:乐行天下 TOF 相机模块已降至四五百人民币左右 ................................... 10 图 15: Heptagon 新一代全球首款探测距离达到 5m 的 TOF 传感器 ELISA .... 11 图 16:SMT TOF 传感器拆解,SPAD 阵列像素决定了 TOF 传感器分辨率 ....... 11 图 17:当下全球最小 TOF 传感器(意法半导体的 VL53L0)............................. 12 图 18:美国公路安全局将无人驾驶技术分为 5 个阶段 ........................................ 12 图 19:ADAS 得主要功能 .................................................................................... 13 图 20:ADAS 刚刚跨过导入期,未来成长空间广阔 ............................................ 13 图 21:图像传感器 REAL3 利用 ToF 直接测量每 1 个像素的深度和幅度 ........... 14 图 22:Melexis 的 ToF 传感器应用于 SoftKinetic.............................................. 14 图 23:基于 REAL3 的驾驶员状态监测演示仪 .................................................... 14 图 24:全球智能手机周期进入后半场 .................................................................. 15 图 25:智能手机龙头苹果手机销量遭遇 13 年来首降 .......................................... 15 图 26:主流 VR 设备品牌 ..................................................................................... 15 图 27:VR 市场规模预测 ...................................................................................... 15 图 28:国内 VR 产品参数对比 ............................................................................. 16 图 29:输入方式的演化过程 ................................................................................. 16 图 30: 基于计算机视觉的动作捕捉 .................................................................... 17 图 31:Kinect 2 代的手势输入方式 ..................................................................... 17 图 32:TI TOF 技术方案 ....................................................................................... 18 图 33: IR LED 芯片应用广泛 ............................................................................. 19 图 34:IR LED 在未来智能领域的应用实例 ......................................................... 19 图 35:配备 TOF 摄像头的 Nexus 概念机 ........................................................... 20 图 36:基于 TOF 的手势操作的相机置于车舱内 .................................................. 20 图 37:全球车载镜头模组市场规模 ...................................................................... 20 图 38:2016 年 4 月摄像头模组出货量 ................................................................ 20 图 39:手机摄像头硬件构成 ................................................................................. 21 图 40:TOF 相机滤光片原理 ................................................................................ 21 识别风险,发现价值 请务必阅读末页的免责声明 3 / 22 行业深度|电子 核心逻辑 TOF是Time of Flight的简写,即飞行时间的意思,是目前3D深度相机采用的主 要技术类型之一。TOF技术相较于其他深度相机技术,具有诸多优势:  TOF在画面拍摄后,计算景深时不需后续处理,因此既可避免时间延迟, 也可节省采用强大后处理系统产生的相关成本;  TOF测距规模弹性大,多数情况下只需改变光源强度、光学视野、发射器 脉冲频率即可完成。 TOF适合在1m以外范围内追踪例如手指等近距互动系统,潜在应用场景十分广 阔。目前,国外TOF相关技术发展迅速,Sensor则主要由意法半导体、TI等企业掌 握,奥地利微电子目前也通过收购完成了Sensor技术的储备;TOF产业链企业如红 外LED企业台湾晶电也跟随成长分享行业红利,股价近期大幅上扬;国内在TOF产 业链环节进行了积极的技术储备,对比国外应用现状,国内TOF有望实现加速渗透, 相关产业链机会将会因此增多。 TOF未来TOF的快速成长依赖于下游领域的快速扩张。受益于下游市场的迅速 崛起,TOF正在进入快速成长期:  一方面,智能手机进入存量时代,微创新持续产生并加速渗透,对深度摄 像的需求以及智能手机交互方式的变化促进TOF的市场扩张,在技术改善 和成本趋低的背景下,TOF技术未来有望在手机中广泛应用;  另一方面,以ADAS渗透率不断提高为代表的汽车智能化趋势、新型智能终 端的应用渗透都在,TOF作为深度测量的主流技术方案,十分适用于局域 场景内手势交互,伴随下游成长TOF将显著受益。 TOF相机结构复杂,在其技术实现方案中,发射端的红外LED、必备器件滤波 片以及接收端的摄像头等核心部件扮演的重要作用。在TOF相机快速成长的背景下, 核心器件的跟随成长将成为必然。目前我国在相关产业已经具备一定布局,未来有 望迎来超预期成长分享行业成长红利。 我们看好TOF技术在未来下游市场中的广泛应用,认为在成本趋降的背景下, 将率先在智能手机领域得到渗透率显著提升,并伴随智能汽车、新型硬件的崛起得 到广泛应用。我们看好TOF技术的成长远景,认为红外LED、摄像头以及滤光片等 作为TOF相机的核心器件,未来有望获得行业成长红利。我们看好相关产业链机会, 并重点推荐华灿光电、水晶光电、福晶科技、三安光电和联创电子! 识别风险,发现价值 请务必阅读末页的免责声明 4 / 22 行业深度|电子 TOF:深度相机翘楚,应用场景广阔 TOF:速度快、精度高的深度相机技术 TOF是Time of Flight的简写,即飞行时间的意思,是目前3D深度相机采用的主 要技术类型之一。而深度相机,又称为3D传感器,是能够通过视觉数据获得距离数 据的摄像器件,因而在现实世界3D建模以及各类距离测量领域中大展拳脚。所谓飞 行时间的3D成像技术(TOF),是指通过向待测目标连续发送光脉冲,然后利用传 感器接收从待测物体返回的光信号,并通过探测光脉冲的往返飞行时间来得到待测 目标物的距离信息。 图1:TOF相机原理 数据来源:电子信息港,广发证券发展研究中心 目前包括TOF在内的能够实现对物体深度辨识的主流技术有三类:  第一类是(单目)结构光技术,代表产品是Kinect I代,其主要优势是识别距 离远;但该技术的硬件难度大且成本较高,适合应用于室内环境。  第二类是双目视觉技术,该技术方案通过两个RGB摄像头模仿人的双眼进 行测距,精度更高,但受光照影响较大;  第三类是TOF,TOF能够实时快速的计算深度信息,在体感应用体验上表 现优异,但是成本相对较高,其渗透率提高有赖于进一步下降成本。 图2:部分不同技术路线深度摄像产品 奥比中光(单目结构光)深度摄像产品 图漾(双目+结构光)深度摄像产品 数据来源:智慧产品圈,广发证券发展研究中心 识别风险,发现价值 请务必阅读末页的免责声明 5 / 22 行业深度|电子 图3:3种主流深度摄像技术对比 TOF 双目成像 结构光 红外脉冲 模仿人眼的两个2D传感器 调制的红外照射,探测失真 软件复杂度 低 高 中等 材料成本 中等 低 高 响应时间 快 中等 慢 精确度 高 低 中等 低光强表现 良好 较差 良好 高光强表现 一般 良好 一般 能耗 中等(与测距距离成正比) 低 中等 使用距离 大(与光源功率成正比) 取决于两个传感器间距 受光源限制 运行原理 数据来源:TI,广发证券发展研究中心 图4:国内不同深度摄像技术方案产品对比 奥比中光 (单目结构光) 图漾 (双目+结构光) 乐行天下 (TOF) 模块大小(mm*mm*mm) 165*38*30(Astra) 80*20*19.3(Astra-Mini) 88*38*35 120*30*30 (可根据需求定制) 检测距离(m) 0.6-8 0.5-5 0.5-5 分辨率 1280*1024@7FPS 640*480@30FPS 560x460@10FPS 320*240@30FPS 精度 1m内±1-3mm 视角 水平58.4° 垂直 45.5° 水平58° 水平67° 垂直53° 对角80° 检测速度 7FPS/30FPS 10FPS(也可做30PFS) 30FPS 功耗 <2W 3.5W 约2.4W 量产 已量产 计划6月量产 计划7,8月份量产 适用环境 室内 室内室外 室内室外 参数 1-3mm 2-20mm 数据来源:智慧产品圈,广发证券发展研究中心 相较于其他技术,TOF在画面拍摄后,计算景深时不需后续处理,因此既可避 免时间延迟,又可节省采用强大后处理系统产生的相关成本。此外,TOF测距规模 弹性大,多数情况下只需改变光源强度、光学视野、发射器脉冲频率即可完成,适 合在1m以外范围内追踪例如手指等近距互动系统,或是在虚拟现实情形下实现互动 游戏等操作,潜在应用场景十分广阔。 应用领域广泛多样,市场仍在起步阶段 TOF技术具有丰富的应用场景,在汽车、工业、人脸识别、健康,游戏、娱乐、 电影特效、3D打印和机器人等诸多领域都有应用。  在汽车上,TOF传感器可以用于自动驾驶,通过TOF技术对行车环境进行 识别风险,发现价值 请务必阅读末页的免责声明 6 / 22 行业深度|电子 感知,从而获取环境信息以增加安全性,此外TOF还可以用于汽车内的乘 客离位检测;  在工业领域,TOF传感器可以被用作HMI(人机接口:Human Machine Interface),在高度自动化的工厂中,工人和机器人需要在很近的距离下协 同工作,TOF设备可以用于控制各种情形下的安全距离;  在人脸识别系统中,TOF相机的亮度图像和深度信息可以通过模型连接起 来,迅速精准的完成人脸匹配和检测;  在制作影视特效时,TOF相机可以将深度信息附加在视频图像中,精确确 定场景中每个像素的空间位置。通过简单的后期处理,就能将特效道具插 入影片的任何位置;  此外,无论是固定式还是移动式的,TOF设备都可以作为一个性能优异的 输入设备。TOF相机的手势识别能力特别适用于消费电子领域,例如游戏、 手持式设备和家庭娱乐,以TOF设备为第一人称游戏提供了直观的接口, 完全可以代替远程控制,鼠标和触摸屏。 图5:海康威视发布国内首款工业立体相机 图6:使用单一TOF深度相机的人脸追踪 国内首款工业立体相机 • • • 采用最新的TOF深度传感技术 实时输出16位高分辨率深度图数 据 支持分辨率:320×240@深度图 • • 支持多种工作距离,最大工作距 离可达10米 提供多种SDK,支持各种主流操 作系统的接入 数据来源:elecfans,广发证券发展研究中心 数据来源:《基于深度相机的三维人脸识别系统》,广发证券 发展研究中心 图7:TOF深度相机应用领域广泛 机器人 车辆导航 医疗领域 手势识别 特效处理 数据来源:电子工程专辑等,广发证券发展研究中心 识别风险,发现价值 请务必阅读末页的免责声明 7 / 22 行业深度|电子 尽管TOF相机具有诸多优点,但目前参与的进来的玩家仍然较少。目前主流的 有TOF相机厂商包括PMD、MESA、Optrima、微软等少数几家,其中MESA在科研 领域使用较大,PMD则是唯一一款能够在户内、户外均能使用的TOF相机,并且具 备多种探测距离,可适用于科研、工业等多种场合,而Optrima、微软的相机主要面 向家庭、娱乐应用,价格相对较低。未来TOF相机的进一步成长将依赖于其下游市 场的成长,特别是满足对快速响应、交互互动有需求的应用场景,其领域的成长将 对TOF相机的快速渗透起到关键性作用。 国际市场发展迅速,国内产业链起势在即 由于前沿科技的发展,市场对于深度视觉技术的需求呈现出井喷之势,如在机 器人领域基于深度摄像头的视觉导航已经成为了公认的解决方案,而作为目前主流 深度视觉技术中最有前景的TOF技术,更是饱受科技界各方之瞩目,然而,能够提 供产品跟方案的厂商却只有德州仪器、意法半导体、Heptagon等寥寥几家。 国际科技巨头跑马圈地,TOF发展迅速抢先布局 作为科技界领军代表,谷歌、微软、SONY等国际科技巨头早已关注起了TOF 深度摄像项技术,在近年来更是收购了大批此领域的创业公司,并且也在极力完善 此技术。这些科技巨头在完成收购并逐步成熟此项技术之后并没有向外界公开提供 产品和方案,而是悉数在为自己的产品设立核心技术的门槛,从而建立起自己封闭 的内部产品生态。 目前能够提供TOF产品和方案的厂商只有德州仪器、意法半导体、Heptagon等 寥寥几家,其中Heptagon公司的ELISA是目前全球首款探测距离达到5米的TOF 3DRanger传感器,而当下市面上能够买到的可以集成到手机应用上的TOF传感器仅 仅只有意法半导体一家公司能够提供。 手机市场的领导型企业旗舰机型已经搭载了意法半导体所生产的TOF传感器作 为主摄像头的距离传感器,手机将有望从传统接近传感器进入一个精度更高的测距 传感器的新时代。意法半导体推出的第二代TOF传感器VL53L0是目前市场上最小的 TOF传感器,尺寸仅有4.4 x 2.4 x 1mm,相比上一代TOF传感器VL6180,其拥有更 快的速度,更高的精度以及更长的测量长度,将大幅提升手机和平板电脑的拍照性 能,为机器人、用户检测、无人机、物联网和穿戴式装置市场开拓新的应用机会。 识别风险,发现价值 请务必阅读末页的免责声明 8 / 22 行业深度|电子 图8:市场上最小的TOF传感器 图9:意法半导体两代TOF传感器对比  新一代TOF传感器完全集成了 一个视觉安全的红外激光发射 器、一个高速光子探测整列、 一个先进的滤波器以及一个能 够直接输出图形深度数据的内 部处理器  更小的体积,更优异的性能以 及更低的功耗,这更满足手机 对于机载传感器体积和功耗的 硬性要求 数据来源:ST官网,广发证券发展研究中心 产品 第一代VL6180X 第二代VL53L0X 测量距离 最大40cm 最大2m 激光器 850mm 940mm(无红灯闪烁) 视野 25度 25度 环境光感测 有(0-100klux) 无 测距速度 几毫秒 第一代二分之一 测距精度 (+/-)10mm (+/-)3% 封装尺寸 2.8*4.8*1mm 2.4*4.4*1mm 数据来源:智慧产品圈,广发证券发展研究中心 意法半导体的新一代TOF传感器VL53L0出现在了去年推出的大约六支手机之 中,由于摩托罗拉已被联想收购,因此这六支手机全部来自亚太地区。未来伴随手 机领导品牌可能出现的手势、面部识别功能,传感器前置有望使智能手机上的TOF 传感器搭载量获得翻番。 图10:2016年搭载VL53L0的手机 数据来源:chipworks,广发证券发展研究中心 国内TOF技术处于起步阶段,产业链储备已在进行 目前国内能够提供运用深度相机技术解决方案的厂商屈指可数,仅有奥比中光、 华捷艾米、图漾科技、乐行天下等少数几家。而对于TOF技术,国内仅有乐行天下 能够提供基于TOF技术的深度摄像头,而且还是基于德州仪器和PMDTech所提供的 第三方方案进行的二次开发,并且尺寸没有小到能够集成至手机之中。但围绕TOF 的产业链储备国内已经在进行,依托于国内硬件供应链能力,少数厂商已经能够生 产TOF深度摄像头模组或供应相关重要部件,对比国外应用现状有望实现加速渗透。 识别风险,发现价值 请务必阅读末页的免责声明 9 / 22 行业深度|电子 下游行业快速扩张,推动 TOF 迅速成长 TOF的快速成长依赖于下游领域的快速扩张。受益于下游市场的迅速崛起,TOF 正在进入快速成长期:一方面,智能手机进入存量时代,微创新持续产生并加速渗 透,对深度摄像的需求以及智能手机交互方式的变化促进TOF的市场扩张,在技术 改善和成本趋低的背景下,TOF技术未来有望在手机中广泛应用;另一方面,以ADAS 渗透率不断提高为代表的汽车智能化趋势、新型智能终端的应用渗透都在,TOF作 为深度测量的主流技术方案,十分适用于局域场景内手势交互,伴随下游成长TOF 将显著受益。 TOF 技术改善成本渐低,手机中广泛应用可期 相比于其他深度摄像技术,TOF优势明显,但此前TOF长期收到成本高企、应 用场景难寻的问题未得到广泛应用。 TOF传感器在手机领域中的首度现身是在LG手机,零部件是三合一智能光学模 块VL6180,整合了近接传感器、环境光传感器以及垂直共振腔面射型雷射(VCSEL) 光源,并由CMOS工艺打造。TOF技术目前应用的主要场景是运用于手机摄像头的 快速自动对焦以及手势、面部识别,以及一些消费级摄像头的距离测量与3D建模。 但目前由于高昂的价格,TOF仍主要应用于少量高端机型或者作为亮点应用于少数 机型。 这一切伴随TOF技术逐渐成熟、成本日益平民化,其近视的不足也因为手机使 用场景的需求特点而可以忽略不计,TOF正在手机应用领域施展拳脚,多款手机厂 商已经集成了ST的TOF sensor,包括:华为P9,V8,联想 moto g4+, HTC M10, 还有LG的非常多款手机,伴随技术改善和成本渐低,未来TOF有望在手机中广泛应 用。 图11:价格高达699美元的德州仪器OPT8241-CDK 图12:乐行天下TOF相机模块已降至四五百人民币左 评估模块 右 数据来源:智慧产品圈,广发证券发展研究中心 数据来源:智慧产品圈,广发证券发展研究中心 识别风险,发现价值 请务必阅读末页的免责声明 10 / 22 行业深度|电子 产品价格趋降,成本日渐平民化 TOF技术作为辅助手机相机快速对焦的一大尖兵,并没有在智能手机上普及开 来,而仅仅是在一些品牌旗舰机中才能觅得其踪影,如iPhone 7、华为P9、HTC M10 等,其中最主要的原因就是其高昂的成本。因而限制了TOF在智能手机中渗透率的 提高。 成本问题在于器件价格,个中关键就是光子探测阵列。Sensor作为TOF方案中 探测反射光线的传感器,必须拥有极快的响应速度,因此技术要求难度较大。目前 能够提供产能的厂商十分有限,同时也由于产量规模较小,成本居高不下。意法半 导体是目前少有的能够提供TOF Sensor的企业之一,几乎垄断了手机TOF Sensor。 但这一切正在伴随进入厂家的增多和技术的成熟发生改变。 TI所生产的TOF传感器OPT8241通过使用CMOS像素阵列,大大降低了传感器 成本,这将有望成为TOF传感器大规模量产的基础。并且,国内厂商也在积极介入, 在后道产业链精细成本,相比之前售价高达699美元的TI的TOF传感器评估模块,乐 行天下的TOF摄像模块成本已降至大约四五百左右。 近视问题消除,手机场景正当时 TOF传感器长期以来还受到“近视”的问题困扰,在远距离深度摄像领域TOF 并不擅长。但这一问题在手机应用场景下并不是什么问题:  一方面,TOF技术在不断升级,探测距离正在拓展,Heptagon发布的新一 代TOF传感器ELISA探测距离已达5米;  另一方面,一般手机相机拍摄距离达m级时,成像位置就十分接近焦点位 置了,目前的TOF传感器已经完全能够胜任辅助自动对焦的任务。 图13: Heptagon新一代全球首款探测距离达到5m 图14:SMT TOF传感器拆解,SPAD阵列像素决定了 的TOF传感器ELISA TOF传感器分辨率 数据来源:Heptagon官网,广发证券发展研究中心 数据来源:chipworks,广发证券发展研究中心 尺寸不断缩小,符合手机轻薄化 在手机日益比拼身材的当下,传感器也要跟着瘦身才能入得了手机的怀抱。目 前全球最小的TOF传感器是由意法半导体生产的VL53L0,尺寸已经达到4.4 x 2.4 x 识别风险,发现价值 请务必阅读末页的免责声明 11 / 22 行业深度|电子 1mm,能够很好地满足轻薄手机的要求。 图15:当下全球最小TOF传感器(意法半导体的VL53L0) 数据来源:意法半导体官网,广发证券发展研究中心 成本的持续降低、尺寸的日益轻薄化以及TOF与手机使用场景的天然相容性, 使得TOF已经具备了普及的条件。未来,在领导品牌手机终端的引领下,TOF有望 渗透率显著提高,成为智能手机进行部件升级的有益重点方向。 汽车智能化趋势已成,景深测量势在必行 美国高速公路管理局(NHTSA)将智能汽车自动驾驶技术划分了5个阶段,分 别为无自动化(L0级)、个别功能自动化(L1级)、多项功能自动化(L2级)、受 限条件下自动驾驶(L3级)和完全自动驾驶(L4级)。 图16:美国公路安全局将无人驾驶技术分为5个阶段 阶段 定义 说明 L0 完全不具备自动驾驶功能,具备预警类ADAS系统 驾驶员模式,驾驶员对行车安全处于完全自行掌控状态 L1 1个或多个功能能够实现自动化,且各项功能之间独立 工作 例如具备ACC、ESC等功能,2011年后,NHTSA要求 强制安装ESC功能,标志美国此后的车型均至少处于L1 阶段 L2 组合功能实现自动化,能够实现功能协同、融合 自适应巡航控制ACC、紧急车道辅助ELA、紧急自动刹 车AEB等 L3 限定环境下可以实现无人驾驶,判断是否恢复驾驶者自 奥迪A7在高速公路环境自动驾驶功能积累了5万英里的 主操作模式 里程;沃尔沃量产堵车自动跟行系统 L4 在任意环境下实现完全无人驾驶 单车智能与车联网均实现技术成熟时可实现 数据来源:NHTSA,广发证券发展研究中心 其中L0~L2阶段,主要是ADAS(Advanced Driver Assistant System,高级驾 驶辅助系统)的应用普及阶段。ADAS可以实现多种主动安全功能,伴随ADAS渗透 率与融合度的提高,汽车的智能水平得到显著提升,并过渡到L3水平。当无人驾驶 技术进入L3阶段后,可以有条件的实现无人驾驶。借助于成熟的车联网(V2X), 最终将实现完全的无人驾驶,即L4阶段。因此,ADAS的普及和融合既能促进单车 的智能化,同时也是无人驾驶实现的基础条件。 识别风险,发现价值 请务必阅读末页的免责声明 12 / 22 行业深度|电子 目前,谷歌的无人驾驶汽车已经能够达到L3水平,各大整车厂在无人驾驶方面 也正从L1阶段向L2以上阶段过渡。 图17:ADAS得主要功能 IHC智能大灯控 制 ACC自适应巡航 ACC+启停系统 BSD盲区监 测 LCA变道辅 助 FCW前碰报警 EBA电子刹车辅助 LDW车道偏离 报警 TSR交通标志 识别 BA后向辅助 LKS车道保持 辅助 AEB高级紧急制动 数据来源:盖世汽车,广发证券发展研究中心 ADAS市场目前尚处于导入期,渗透率还比较低、未来发展潜力巨大。根据 AutoLab的数据,2015年10月国内市场各种功能的ADAS的渗透率分别为:BSD 3.8%,AP 2.6%,FCW 2.6%,AEB 2.4%,SVC 2.3%,LDW 1.7%,ACC 1.3%, LKS 0.8%。全球整车市场ADAS的渗透率也低于10%,欧美地区市场接近8%,新兴 国家市场则仅为2%,仍有很大提升空间。据PR Newswire咨询公司测算,未来全球 ADAS渗透率将大幅提升,预计2022年全球新车ADAS搭载率将达到50%。 图18:ADAS刚刚跨过导入期,未来成长空间广阔 悬架控制 动力控制 ABS和ESP 被动安全控制 安全控制 其他主动安全系统 通讯娱乐系统 发动机马达 车身电子 转向控制 仪表仪器 总线线束 其他车身电子 其他动力控制 其他通讯娱乐系统 车载信息系统 胎压监测 汽油喷射 汽车安全驾驶辅助系统 (ADAS) 导入期 成长期 成熟期 衰退期 数据来源:德勤,广发证券发展研究中心 ADAS对行车周边世界以及车内空间状况进行了解,实现对景深的测量是对环境 信息解读必然面临的问题,因此为TOF的应用提供了广阔市场空间。例如:Infineon 与科世达推出的基于TOF技术的3D图像传感器芯片REAL3的摄像头驾驶员辅助系 统;Melexis的ToF传感器MLX75023,它与3D视觉及手势识别解决方案供应商 SoftKinetic公司提供的软件进行绑定,以判断驾驶员的注意力是否集中在驾驶上。 未来在以ADAS渗透率提高为代表的汽车智能化过程中,TOF有望跟随成长分享红利。 识别风险,发现价值 请务必阅读末页的免责声明 13 / 22 行业深度|电子 图19:图像传感器REAL3利用ToF直接测量每1个像素的深度和幅度 数据来源:盖世汽车,广发证券发展研究中心 图20:Melexis的ToF传感器应用于SoftKinetic 图21:基于REAL3的驾驶员状态监测演示仪 数据来源:softkinetic,广发证券发展研究中心 数据来源:盖世汽车,广发证券发展研究中心 新型智能硬件起量在即,输入革命助力 TOF 起飞 自2008年开始,随着苹果引领的智能手机浪潮兴起,全球消费电子零组件企业 快速发展,尤其是2012~2014年,智能手机进入快速渗透期,开启了一个千亿美金 的市场。而从2015年开始,智能手机逐步进入换机期,增速下台阶趋势已经确立。 2015年国内手机市场销量4.38亿部左右,同比增长仅3%,2016财年第2季度,苹果 手机遭遇13年来销量首降,领头羊风光渐褪,智能手机宣告走向存量时代,产业周 期进入后半程。 识别风险,发现价值 请务必阅读末页的免责声明 14 / 22 行业深度|电子 图22:全球智能手机周期进入后半场 图23:智能手机龙头苹果手机销量遭遇13年来首降 亿部 5 100% 4 80% 百万部 80 100% 40 50% 20 0% 10 -50% Q1 2011 Q2 2011 Q3 2011 Q4 2011 Q1 2012 Q2 2012 Q3 2012 Q4 2012 Q1 2013 Q2 2013 Q3 2013 Q4 2013 Q1 2014 Q2 2014 Q3 2014 Q4 2014 Q1 2015 Q2 2015 Q3 2015 Q4 2015 Q1 2016 Q2 2016 0 2015-09 2015-03 2014-09 2014-03 2013-09 2013-03 2012-09 2012-03 2011-09 0% 2011-03 0 2010-09 20% 2010-03 1 2009-09 30 2009-03 40% 2008-09 2 2008-03 60% 2007-09 3 2007-03 150% 60 50 全球智能手机出货量 200% 同比首次出现负增长 70 iPhone销量 QoQ 数据来源:Gartner,广发证券发展研究中心 QoQ 数据来源:Bloomberg,广发证券发展研究中心 旧周期走向末路,往往意味着新周期即将开启,后智能手机时代已经悄悄到来。 以VR设备为代表的新型消费类智能硬件正在加速进入日常生活。 图24:主流VR设备品牌 图25:VR市场规模预测 亿美元 500 100% 400 80% 300 60% 200 40% 100 20% 0 0% 2016 2017 2018 VR市场规模 数据来源:百度图片,广发证券发展研究中心 2019 2020 YoY 数据来源:Superdata,广发证券发展研究中心 VR设备在目前的交互方式大多依靠手柄,对于注重体验的VR设备而言,手柄 的操作不够自然和真实。毋容置疑,交互性最好的莫过于全身动作捕捉系统,然而 其成本过高难以普及,这种情况下简单的手势交互成为了一个理想的方案。因此, VR设备的制造商开始纷纷尝试TOF技术对用户的肢体动作进行捕捉。例如,ThisVR 做手势识别,硬件采用的正是基于TOF的度摄像头技术的传感器。软件上,则是基 于深度学习算法,训练深度图中的手势和人实际的手势进行匹配,小型化是未来相 关技术的发展方向。 识别风险,发现价值 请务必阅读末页的免责声明 15 / 22 行业深度|电子 图26:国内VR产品参数对比 公司名 延迟 帧率 自由度 感应角度 使用距离 焦距 价格 硬件方案 Leapmotion 10ms 120Hz 26个 120° 0-0.7米 30cm 699元 双目成像 凌感 16ms 60Hz 26个 120° 0-0.7米 30cm 699元 双目成像 微动 10ms 100Hz 23个 120° 0-0.7米 40cm 699元 双目成像 Nimble 25ms 45Hz 110° 0-1.2米 无需定焦 699元 TOF ThisVR 16ms 60Hz 110° 0-1.5米 无需定焦 299元 TOF 微软 30ms 30Hz 60° 1-3.5米 无需定焦 999元 TOF Intel(Omek) 33ms 30Hz 90° 1-3米 一米外 1099元 结构光 奥比中光 33ms 30Hz 无 3米 0.5米外 999元 结构光 诺亦腾 11ms 90Hz 全向 10米以上 无需定焦 800元 手套 26个 无 数据来源:thisVR,广发证券发展研究中心 输入方式革命正在悄然发生 正如同在智能手机创新周期中触控方案颠覆键盘输入一样,未来以TOF为代表 的景深探测技术将在新型设备领域取得自己的生存之地,引领下一创新周期的输入 革命。 图27:输入方式的演化过程 手势等自然 性输入方式 键盘 鼠标 触控 数据来源:广发证券发展研究中心 从核心计算设备的输入方式的演化进程中,我们可以清晰的看到:输入方式始 终在向更加自然性、更少学习成本的方向在演进。PC问世时的键盘输入需要学习和 记忆;鼠标的介入则仅需点击来完成操作;智能手机摆脱了PC的巨大体积,得益于 触控的输入形式更加符合便携性与人体动作的特点;而手势、语音、动作等更加接 近人体自然肢体信号的输入方式正在进入我们的生活,未来将在新硬件设备时代大 放异彩。而TOF相机对深度的测量正响应了手势输入的要求,未来在VR、AR等领 域有望跟随其成长跟随受益。 识别风险,发现价值 请务必阅读末页的免责声明 16 / 22 行业深度|电子 图28: 基于计算机视觉的动作捕捉 图29:Kinect 2代的手势输入方式 数据来源:智东西,广发证券发展研究中心 数据来源:Kinect,广发证券发展研究中心 识别风险,发现价值 请务必阅读末页的免责声明 17 / 22 行业深度|电子 核心器件跟随成长,有望分享产业链红利 TOF 相机硬件结构复杂,核心器件作用突出 TOF技术的实现方案中,调制的红外脉冲发射出去,在3D物体表面发生漫反射, 再通过CMOS传感器接收反射回来的光(经滤波器选取后的特定波长的光)。由于 光在空气介质中飞行了一段时间,因此形成了相位差。通过测量相位差,就可以判 断该光束的飞行距离,则可得出物体表面距离设备使用者的距离。基于此技术方案, TOF相机的实现主要包含以下几个组件:  发光单元:通常由相机的红外LED发出不可见的红外光线,频率上限为 100MHz;  光学镜头:用于收集反射回的光线。镜头上的带通滤波器只允许与发光元 件发出的光线波长相同的光通过。使得相干光线得到抑制并降低了噪声。  图像传感器:TOF相机的核心器件,接收反射回来经滤波器选取后的光, 负责测量每个像素点光线从发光元件到目标物体再回到传感器的时间;  驱动器:无论是发光元件还是图像传感器都需要高速信号来控制并且同, 这些信号必须非常精确;  计算单元/接口:相机可以直接计算得到距离数据。但为了结果更加精确, 有时会需要一些校准数据,这时相机通过USB或Ethernet接口向外传输距 离图像。 图30:TI TOF技术方案 数据来源:有色眼镜,广发证券发展研究中心 从TOF的技术路线中可以清楚的发现作为发射端的红外LED、必备器件滤波片 以及接收端的摄像头在其中扮演的重要作用。基于TOF技术的体感交互设备通过红 外LED、滤波片和摄像头来完成对3D动作的追踪,核心器件的跟随成长将成为必然。 目前我国在相关产业已经具备一定布局,未来有望迎来超预期成长。 识别风险,发现价值 请务必阅读末页的免责声明 18 / 22 行业深度|电子 红外 LED:应用场景多样,成长空间广阔 红外发光二极管(IR LED)是一种将电能转换为光能的近红外发光器件,具有 体积小、功耗低、指向性好等优点,广泛应用遥控、遥测、光隔离、光开关、光电 控制、目标跟踪等系统。 IR LED应用领域广泛:在安防监控领域方面,通常采用IR 850nm、940nm波段 LED的网络监控摄影机;在汽车电子领域,则有设置于汽车头灯中的夜视(Night Vision)系统,可令驾驶视野达150至200米;IR LED在传感器领域同样应用广泛, 包括应用于智能手机的近距离感应器(Proximity Sensor)模组、可穿戴设备外以及 生物感测器(Bio-Sensor)应用,例如侦测心跳采用IR 530nm、660nm、940nm LED, 侦测血氧则采用IR 660 nm 与940 nm LED;另外,在生物识别领域,IR LED也有 着值得期待的应用前景, IR 810nm LED可应用于虹膜识别,估2020年搭载红外光 辨识感测器的行动装置将达4亿部,具有可观的规模。 图31: IR LED芯片应用广泛 图32:IR LED在未来智能领域的应用实例 波长 应用领域 940nm 适用于遥控器,例如家用电器的遥控器 808nm 适用于医疗器具,空间光通信,红外照明,固体镭射器的泵浦源 830nm 适用于高速路的自动刷卡系统(夜视系统最好,可以看到管芯上有一 点红光,效果比850nm要好) 840nm 适用于摄像机彩色变倍红外防水 850nm 适用于摄像头(视频拍摄)数位摄影,监控,楼宇对讲,放到报警, 红外防水 870nm 适用于商场,十字路口的摄像头 数据来源:LEDinside,广发证券发展研究中心 数据来源:广发证券发展研究中心 根据IHS估算,2015年全球红外LED销售额达2.41亿美元,从2015年到2021年 期间,年均复合增长率有望达到8.4%,达到3.9亿美元市场空间。其中,亚太地区在 2014-2020年期间占据IR LED营收的69%。对于红外LED不仅市场成长空间大,现 阶段毛利水平也较高,单颗价格约为同尺寸蓝光LED的8-16倍。红外LED未来将广 泛应用于深度传感器领域,TOF技术的成功将带动红外LED市场的持续成长。由于 红外线LED制造需要使用四元晶粒,未来该领域的产品供应商有望跟随深度相机领 域的快速增长获得超预期受益。 摄像头:接收端重要设备,搭载量有望上升 在TOF的实现方案中,摄像头扮演着重要角色,反射回来的光经滤波片选取后 再由摄像头完成接收并最终经处理器处理完成计算。TOF景深测量方案为摄像头的 使用提供了新的下游应用市场。 意法半导体于2016年初发布了新款基于TOF技术的测距传感器,可实现更快、 更远、更精确的测距功能,大幅提升手机和平板电脑的拍照性能,未来有望应用于 手机终端。一旦TOF技术成熟、成本下降并应用于手机终端,将使得智能手机搭载 识别风险,发现价值 请务必阅读末页的免责声明 19 / 22 行业深度|电子 摄像头数量增加,从而推动摄像头的在消费类电子产品领域的成长。 TOF在汽车智能化领域的应用同样推动车辆搭载摄像头数量的增加。英飞凌与 科世达推出的TOF传感器可实现车用物体跟踪与手势识别,以判断驾驶员是否注意 力足够集中、是否正疲劳驾驶,从而启动相应对策。这都使得在汽车驾驶舱内部增 加摄像头数量,提供摄像头在汽车领域的应用比重。 图33:配备TOF摄像头的Nexus概念机 图34:基于TOF的手势操作的相机置于车舱内 数据来源:腾讯数码,广发证券发展研究中心 数据来源:车云网,广发证券发展研究中心 图35:全球车载镜头模组市场规模 图36:2016年4月摄像头模组出货量 百万美元 KK 3000 30 2535 25 2500 24.85 2042 1544 1500 1000 19.37 20 2000 13.47 15 1184 858 12.98 10 8.55 8.45 7.67 凯木金 光宝 东聚 629 5 500 0 0 2013 2014 2015 2016 2017 欧菲光 2018 数据来源:中国产业信息网,广发证券发展研究中心 舜宇光学 丘太微 信利 数据来源:旭日移动端产业研究所,广发证券发展研究中心 滤光片:TOF 必备器件,受益景深相机成长 在TOF的技术实现过程中,尽管TOF摄像头的基本部件与应用于其他领域的摄 像头基本一致,但在滤光片上有着较大差异。以手机为例,目前传感器芯片多为 CMOS芯片,由于CMOS自身只能获得光强信号,并不能辨别光的颜色,因此需要 在每个像素上设置滤光器以允许特定颜色的光通过。而在TOF相机中,滤光片则是 为了测量景深服务,因此需要采用窄带干涉滤光片。 红外带通滤光片只允许与发光元件发出的光线波长相同的光通过。使得相干光 线得到抑制并降低了噪声。按照结构的不同可将其分为法布里-珀罗型滤光片、多腔 识别风险,发现价值 请务必阅读末页的免责声明 20 / 22 行业深度|电子 滤光片和诱增透滤光片。因为由它获得的透过光谱带都比较窄,所以又叫窄带干涉 滤光片。这种滤光片的透过率对薄膜的损耗非常敏感,所以制备透过率很高、半宽 度又很窄的滤光片是很困难的。该滤光片的主要包括两个应用领域:一是各种夜视 设备如安保摄像头,夜视仪等,二是TOF相机这种需要红外测距的设备。随着未来 各种电子设备的应用场景越来越广泛,窄带干涉滤光片的出货量将逐步增加。 图37:手机摄像头硬件构成 图38:TOF相机滤光片原理 紫外光 可见光 调制 其他 红外光 红外光 FPC基板 镀膜层 窄带干涉滤光片 普通玻璃 CMOS传感器 光线 滤光片 光学棱镜 仅调制红外光 可以通过滤镜 数据来源:百度图片,广发证券发展研究中心 数据来源:广发证券发展研究中心 由于滤光片是TOF相机实现的必备元器件,因此在TOF相机成长的过程中成为 最为直接受益的硬件领域之一。2013年全球手机摄像头总销量约26亿只,总价值约 为700亿元,其中滤光片的价值约为20亿元。未来得益于车载领域和消费类电子领 域摄像头的广泛应用,滤光片将得到更为广阔的市场。而TOF深度相机作为景深测 量的重要技术实现方案将成为未来滤光片下游中的重要细分市场,相关滤光片产业 供应商有望跟随TOF相机市场的成长分享成长红利。 投资建议 我们看好TOF技术在未来下游市场中的广泛应用,认为在成本趋降的背景下, 将率先在智能手机领域得到渗透率显著提升,并伴随智能汽车、新型硬件的崛起得 到广泛应用。我们看好TOF技术的成长远景,认为红外LED、摄像头以及滤光片等 作为TOF相机的核心器件,未来有望获得行业成长红利。我们看好相关产业链机会, 并重点推荐华灿光电、水晶光电、福晶科技、三安光电和联创电子! 风险提示 下游市场成长不及预期的风险,致使TOF产品应用场景受限;成本降低速度低 于预期风险,限制TOF技术在手机领域的渗透率提高;替代性方案崛起风险,新型 低成本深度相机方案普及将冲击TOF产品应用。 识别风险,发现价值 请务必阅读末页的免责声明 21 / 22 行业深度|电子 广发证券电子元器件和半导体研究小组 Table_Research 许兴军: 资深分析师,浙江大学系统科学与工程学士,浙江大学系统分析与集成硕士,2012 年加入广发证券发展研究中心。 王 亮: 分析师,复旦大学经济学硕士,2014 年加入广发证券发展研究中心。 王 璐: 研究助理,复旦大学微电子与固体电子学硕士,2015 年加入广发证券发展研究中心。 余 高: 研究助理,复旦大学物理学学士,复旦大学国际贸易学硕士,2015 年加入广发证券发展研究中心。 叶 浩: 研究助理,清华大学应用经济学硕士,2016 年加入广发证券发展研究中心。 广发证券—行业投资评级说明 Table_RatingIndus try 买入: 预期未来 12 个月内,股价表现强于大盘 10%以上。 持有: 预期未来 12 个月内,股价相对大盘的变动幅度介于-10%~+10%。 卖出: 预期未来 12 个月内,股价表现弱于大盘 10%以上。 广发证券—公司投资评级说明 Table_RatingCompany 买入: 预期未来 12 个月内,股价表现强于大盘 15%以上。 谨慎增持: 预期未来 12 个月内,股价表现强于大盘 5%-15%。 持有: 预期未来 12 个月内,股价相对大盘的变动幅度介于-5%~+5%。 卖出: 预期未来 12 个月内,股价表现弱于大盘 5%以上。 Table_Address 联系我们 广州市 深圳市 北京市 上海市 地址 广州市天河区林和西路 9 深圳市福田区福华一路 6 号 北京市西城区月坛北街 2 号 上海市浦东新区富城路 99 号 号耀中广场 A 座 1401 免税商务大厦 17 楼 月坛大厦 18 层 震旦大厦 18 楼 邮政编码 510620 518000 100045 200120 客服邮箱 gfyf@gf.com.cn 服务热线 免责声明 Table_Disclaimer 广发证券股份有限公司具备证券投资咨询业务资格。本报告只发送给广发证券重点客户,不对外公开发布。 本报告所载资料的来源及观点的出处皆被广发证券股份有限公司认为可靠,但广发证券不对其准确性或完整性做出任何保证。报告内容 仅供参考,报告中的信息或所表达观点不构成所涉证券买卖的出价或询价。广发证券不对因使用本报告的内容而引致的损失承担任何责 任,除非法律法规有明确规定。客户不应以本报告取代其独立判断或仅根据本报告做出决策。 广发证券可发出其它与本报告所载信息不一致及有不同结论的报告。本报告反映研究人员的不同观点、见解及分析方法,并不代表广发 证券或其附属机构的立场。报告所载资料、意见及推测仅反映研究人员于发出本报告当日的判断,可随时更改且不予通告。 本报告旨在发送给广发证券的特定客户及其它专业人士。未经广发证券事先书面许可,任何机构或个人不得以任何形式翻版、复制、刊 登、转载和引用,否则由此造成的一切不良后果及法律责任由私自翻版、复制、刊登、转载和引用者承担。 识别风险,发现价值 请务必阅读末页的免责声明 22 / 22
电子行业深度:智能手机走向存量时代,关注新技术渗透带来的投资机会系列十-TOF:海外市场发展迅速,国内产业链机会来临
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电子行业深度:智能手机走向存量时代,关注新技术渗透带来的投资机会系列十-TOF:海外市场发展迅速,国内产业链机会来临
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