一、CMOS圖像傳感器綜述
圖像傳感器是將景物對象的色彩、亮度等光學信號通過感光單元陣列和輔助控制電路轉化為電學信號的一種常見傳感器，是攝像頭產品的核心模組，對攝像頭成像品質具有決定性作用。從產品類別來看，目前主流圖像傳感器包含CCD圖像傳感器（電荷耦合器件圖像傳感器）和CMOS圖像傳感器（互補金屬氧化物半導體圖像傳感器）兩大類。其中CCD圖像傳感器由於高解析度、低噪聲等性能優勢，目前主要應用於專業相機、工業應用等領域。CMOS圖像傳感器由於兼具功耗和成本更低、體積更小、圖像信息可隨機讀取等性能優勢，應用領域更為寬泛，除了運用於數碼相機場景外，還被廣泛應用於智能手機、汽車電子、移動支付、安防、醫療影像等應用場景。
CCD圖像傳感器與CMOS圖像傳感器特點對比
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生產流程上，CMOS圖像傳感器主要包括晶圓製造、濾色和微透鏡加工、晶圓探針測試、封裝等環節，其中，晶圓製造環節主要涉及晶圓氧化、光刻、離子注射退火、擴散、研磨、測試等工藝，封裝主要包含晶圓劃片、貼片、引線鍵合、芯片封裝等主要工藝，從封裝工序來看，主要分為前道封裝和後道封裝兩大工序，前道封裝主要工序包括貼膜、研磨、撕片、劃片等工藝，後道封裝主要包括貼片、點膠、鍵合、組裝等工藝。
CMOS圖像傳感器產品工藝流程
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二、CMOS圖像傳感器產業鏈
從產業鏈來看，CMOS圖像傳感器產業鏈上游主要包括晶圓代工廠、封測廠，中游主要CMOS圖像傳感器設計企業，下游包括各種模組廠商和系統廠商以及終端廠商，對於不同經營模式的企業而言，在CMOS圖像傳感器產業鏈涉及環節方面有所區別，IDM模式和Fab-lite模式CMOS圖像傳感器企業涵蓋了產業鏈所有環節，Fabless模式企業則處於CMOS圖像傳感器產業鏈中游。
CMOS圖像傳感器產業鏈
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相關報告：華經產業研究院發布的《2022-2027年中國CMOS圖像傳感器行業發展前景及投資戰略諮詢報告》
三、CMOS圖像傳感器行業現狀
1、整體市場
從整體市場來看，全球CMOS圖像傳感器市場規模持續走高。據統計，自2016年至2020年，全球CMOS圖像傳感器出貨量從41.4億顆迅速上升至77.2億顆，期間年複合增長率達到16.9%。預計2021年至2025年，全球CMOS圖像傳感器的出貨量將繼續保持8.5%的年均複合增長率，2025年預計可達116.4億顆。同時，全球CMOS圖像傳感器銷售額從2016年的94.1億美元快速增長至2020年的179.1億美元，期間年複合增長率為17.5%。預計全球CMOS圖像傳感器銷售額在2021年至2025年間將保持11.9%的年複合增長率，2025年全球銷售額預計可達330億美元。
2016-2025年全球CMOS圖像傳感器出貨量及銷售額
資料來源：弗若斯特沙利文，華經產業研究院整理
從下游應用情況來看，CIS應用廣泛，全球CIS主要細分領域包括智能手機、安防監控、汽車電子與機器視覺，多個細分領域蓬勃發展。據統計，2020年智能手機領域CMOS圖像傳感器全球出貨量和銷售額分別為60.6億顆和124.1億美元，佔比分別達到78.5%和69.3%。安防監控領域的出貨量和銷售額分別為4.2億顆和8.7億美元，分別佔比5.4%和4.9%。汽車電子領域的出貨量和銷售額分別為4.0億顆和20.2億美元，分別佔比5.2%和11.3%。機器視覺領域的全局快門CIS總出貨量迅速增至6000萬顆，過去三年間年均複合增長率高達132.7%，2020年市場出貨量佔比為0.8%。
2020年全球CMOS圖像傳感器下游應用領域分布情況
資料來源：弗若斯特沙利文，華經產業研究院整理
2、細分市場-智能手機
在智能手機領域，全球智能手機市場已進入存量時代，頭部效應明顯。預計未來手機增幅繼續減緩，行業增量將主要來自於存量結構調整以及創新應用帶來的換機需求。從智能手機出貨量情況來看，2010年-2017年全球手機出貨量保持快速增長態勢，2018年之後全球手機出貨量逐年遞減，2021年有所反彈。據統計，2021年全球智能手機出貨量為13.55億部，國內出貨量為3.43億部。
2011-2021年全球及中國智能手機出貨量情況
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從智能手機CIS出貨量及銷售額情況來看，據統計，2020年智能手機領域CMOS圖像傳感器全球出貨量和銷售額分別為60.6億顆和124.1億美元，佔比分別達到78.5%和69.3%。預計至2025年，智能手機領域的CMOS圖像傳感器出貨量和銷售額預計將分別達到85.0億顆和204.0億美元，保持持續增長的趨勢，但是受限於手機消費市場銷量增長放緩，以及安防監控、智能車載攝像頭、機器視覺等新興應用領域的快速發展，佔比分別降至73.0%和61.8%。
2020-2025年全球智能手機CIS出貨量及銷售額
資料來源：弗若斯特沙利文，華經產業研究院整理
3、細分市場-安防監控
全球安防監控CMOS出貨量和銷售額均快速增長。據統計，2020年，安防監控領域CMOS圖像傳感器的出貨量和銷售額分別為4.2億顆和8.7億美元，分別佔比5.4%和4.9%。隨着未來安防監控行業整體市場規模的不斷擴大，預計2025年出貨量和銷售額將分別達到8.0億顆和20.1億美元，市場份額佔比將分別上升至6.9%和6.1%，預期年複合增長率將達到13.8%和18.2%。
2016-2025年全球安防監控領域CIS出貨量及銷售額
資料來源：弗若斯特沙利文，華經產業研究院整理
近年來隨着安防行業與人工智能、大數據、雲計算等技術深度融合，安防行業應用領域進一步拓寬，產業鏈分工進一步細化。中國安防行業2020年總產值的8510億元中，安防工程為5100億，安防產品為2600億，運維和服務市場為810億。未來隨着安防產業基礎設施的進一步落地，安防監控領域CIS市場規模將持續增長。
2020年中國安防行業市場結構情況
資料來源：中安網，華經產業研究院整理
4、細分市場-汽車電子
在汽車電子領域，近年來CMOS圖像傳感器已經大規模地被安裝在智能車載行車記錄、前視及倒車影像、360°環視影像、防碰撞系統之內。而隨着未來汽車電動化的趨勢及自動駕駛技術的發展，更多的新車將標配ADAS（高級自動駕駛輔助系統）。若實現完全自動駕駛功能，單車平均搭載CMOS圖像傳感器數量將顯著增加。根據相關分析顯示，L1/L4級別自動駕駛的傳感器數目為6個，而L3、L4、L5可分別達13/29/32個。
不同自動駕駛級別對應單車平均CMOS圖像傳感器數量
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智能化驅動汽車CIS市場規模加速成長。據統計，2020年，汽車電子領域CMOS圖像傳感器的出貨量和銷售額分別為4.0億顆和20.2億美元，分別佔比5.2%和11.3%；預計汽車電子CMOS圖像傳感器出貨量和銷售額將在2025年達到9.5億顆和53.3億美元，市場份額佔比將分別上升至8.2%和16.1%，預期年複合增長率將達到18.89%和21.42%。全球汽車CIS市場規模有望加速擴容。
2020-2025年全球汽車電子領域CIS出貨量及銷售額
資料來源：弗若斯特沙利文，華經產業研究院整理
5、細分市場-機器視覺
機器視覺領域作為方興未艾的廣闊發展領域，有望拉動CMOS圖像需求擴容。機器視覺技術利用圖像傳感器搭配多角度光源以獲取檢測對象的圖像，並通過計算機從圖像中提取信息進行分析和處理，最終實現多場景下的識別、測量、定位和檢測四大功能，賦予機器“看”和“認知”的能力。
據統計，全球新興領域CMOS圖像傳感器市場自2018年實現行業技術突破後迅速擴張，全局快門CMOS圖像傳感器總出貨量從2018年的1100萬顆增至2020年的6000萬顆，CAGR高達132.7%。同時隨着下游應用的更多樣化，其設備搭載的攝像頭數量也隨之增加，因此全球新興領域全局快門CMOS圖像傳感器市場規模預計將持續增長，2025年總出貨量將增至3.92億顆，未來五年間CAGR為35.7%。
2018-2025年全球全局快門CIS出貨量及增速情況
資料來源：公開資料整理
四、CMOS圖像傳感器行業競爭格局
1、整體市場
從行業整體市場競爭來看，CMOS圖像傳感器行業目前是由國外廠商主導，索尼、三星電子、豪威科技佔據行業前三。索尼憑藉其領域完善的產品線在市場常年位居第一，在高階CMOS圖像傳感器市場擁有技術優勢；三星電子也佔據較高市場地位，在智能手機、平板電腦和其他消費電子領域都有着高知名度；豪威科技是CMOS圖像傳感芯片被廣泛應用於消費級和工業級領域。三家企業的技術優勢、資金優勢、客戶資源優勢和品牌優勢都使其在市場競爭中處於優勢地位，極大影響了CMOS圖像傳感器行業的發展方向。
根據弗若斯特沙利文數據，按照銷售額口徑，2020年全球CMOS圖像傳感器的前三廠商分別是索尼（39.1%）、三星電子（23.8%）和豪威科技（11.3%）；按出貨量口徑，市場份額前三的廠商分別是格科微（29.7%）、索尼（23.4%）和三星電子（17.7%）。
2020年全球CMOS圖像傳感器行業市場競爭格局
資料來源：弗若斯特沙利文，華經產業研究院整理
具體從企業情況來看，全球CIS企業份額較為集中，國產化率相對低。索尼等全球龍頭企業已實現全系產品的CIS銷售，且產品性能規格領先。本土企業以豪威科技、格科微為代表，持續升級產品技術規格，帶動國產化率持續提升。在安防監控領域，思特威像素區間實現低端、中端及高端的100萬像素至800萬像素的全系列產品全覆蓋，位於全球領先地位。
全球CMOS圖像傳感器企業情況對比
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2、細分市場
從細分市場智能手機領域來看，行業集中度較高。根據Strategy Analytics數據，2021年全球智能手機圖像傳感器市場上，索尼以45%的收入份額居首，三星電子佔比26%，豪威佔比11%，前三大供應商總共佔據近83%的收入份額。
2021年全球智能手機CMOS圖像傳感器市場競爭格局
資料來源：Strategy Analytics，華經產業研究院整理
在安防監控領域，思特威競爭優勢凸顯。據統計，在安防監控領域，2020年思特威實現1.46億顆CMOS圖像傳感器出貨量，以34.76%的市場份額位居全球第一；按銷售額口徑統計，思特威以22.18%的市場份額佔比排名第三，與第二位的索尼（24.84%）相差較小。
2020年全球安防監控領域CIS市場競爭格局情況
資料來源：弗若斯特沙利文，華經產業研究院整理
車載CMOS芯片被美日韓企業壟斷，國內企業奮起直追。根據Frost&Sullivan數據，前裝車規級芯片市場目前主要由國外廠商佔據，2020年安森美、索尼、豪威科技度智能車載CMOS圖像傳感器的出貨量市場份額分別為54%、29%和8%。前裝車載電子均採用車規級芯片，對芯片可靠性要求較高，認證過程較長，因此其競爭壁壘主要在於車規級攝像頭用戶的切入。
2020年全球智能車載CIS行業市場競爭格局情況
資料來源：弗若斯特沙利文，華經產業研究院整理
五、CMOS圖像傳感器未來發展趨勢
1、產品迭代路徑的主要方向
CMOS圖像傳感器的第一大發展方向是像素點數量不斷增加，像素尺寸不斷縮小，分辨率以及清晰度持續提升。隨着H.265編碼技術的普及、4K甚至更高分辨率視頻應用逐漸上量，加之人臉識別和物體識別等智能視頻需求的興起，都意味着未來市場對CMOS圖像傳感器能夠支持更高分辨率和更高幀率的輸出需求將越來越迫切。
第二大方向則是在提升分辨率的前提下，整合優化CMOS圖像傳感器在不同場景下的整體成像的系統性能力將變得至關重要。如在安防監控領域，傳感器設計廠商更需要具備整合優化低照度夜視全彩、HDR、低噪聲、寬畫幅成像等多項傳感器性能的技術能力，以貼合行業客戶未來更高的要求。
2、堆棧式CMOS技術應用將逐步鋪開
堆棧式結構是背照式結構的進一步發展，採用堆棧式結構的CMOS圖像傳感器的圖像質量將大大優化。未來全球CMOS圖像傳感器的市場規模也有望隨着上述CMOS圖像傳感技術的不斷升級而實現高速且穩定的增長。
3、智能化時代對圖像傳感器提出新的要求
隨着技術的發展，安防行業亦將進入到更加智能化的時代，傳統監控時代，圖像主要是給人的眼睛看，需要清晰度和色彩還原相關的技術演進，而到智能化時代，圖像更多地將變成為機器視覺提供服務於後端識別及自動運算響應的視頻影像基礎。圖像傳感器對於整個機器視覺的應用非常關鍵，智能識別對於圖像傳感器的性能要求比傳統圖像傳感器要高很多，因此對傳感器技術提出更多的要求。性能提升要求主要體現在低噪下的高感光度、低功耗、複雜光照環境下的超高HDR、近紅外增強下的清晰視野、高幀率以及快速精準捕捉被拍攝目標的能力等方面。
技術發展不僅要求解決關於光的技術難題，對信息篩選、信息傳輸層面也提出了更高的要求。業界推出智能傳感器芯片平台概念，將智能化算法程序集成在CMOS圖像傳感器上，將其作為對於雲端計算和邊緣端計算的一個補充，可提升整個視覺智能系統的效率和性能。
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