一、CMOS图像传感器综述
图像传感器是将景物对象的色彩、亮度等光学信号通过感光单元阵列和辅助控制电路转化为电学信号的一种常见传感器，是摄像头产品的核心模组，对摄像头成像品质具有决定性作用。从产品类别来看，目前主流图像传感器包含CCD图像传感器（电荷耦合器件图像传感器）和CMOS图像传感器（互补金属氧化物半导体图像传感器）两大类。其中CCD图像传感器由于高解析度、低噪声等性能优势，目前主要应用于专业相机、工业应用等领域。CMOS图像传感器由于兼具功耗和成本更低、体积更小、图像信息可随机读取等性能优势，应用领域更为宽泛，除了运用于数码相机场景外，还被广泛应用于智能手机、汽车电子、移动支付、安防、医疗影像等应用场景。
CCD图像传感器与CMOS图像传感器特点对比
资料来源：公开资料整理
生产流程上，CMOS图像传感器主要包括晶圆制造、滤色和微透镜加工、晶圆探针测试、封装等环节，其中，晶圆制造环节主要涉及晶圆氧化、光刻、离子注射退火、扩散、研磨、测试等工艺，封装主要包含晶圆划片、贴片、引线键合、芯片封装等主要工艺，从封装工序来看，主要分为前道封装和后道封装两大工序，前道封装主要工序包括贴膜、研磨、撕片、划片等工艺，后道封装主要包括贴片、点胶、键合、组装等工艺。
CMOS图像传感器产品工艺流程
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二、CMOS图像传感器产业链
从产业链来看，CMOS图像传感器产业链上游主要包括晶圆代工厂、封测厂，中游主要CMOS图像传感器设计企业，下游包括各种模组厂商和系统厂商以及终端厂商，对于不同经营模式的企业而言，在CMOS图像传感器产业链涉及环节方面有所区别，IDM模式和Fab-lite模式CMOS图像传感器企业涵盖了产业链所有环节，Fabless模式企业则处于CMOS图像传感器产业链中游。
CMOS图像传感器产业链
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相关报告：华经产业研究院发布的《2022-2027年中国CMOS图像传感器行业发展前景及投资战略咨询报告》
三、CMOS图像传感器行业现状
1、整体市场
从整体市场来看，全球CMOS图像传感器市场规模持续走高。据统计，自2016年至2020年，全球CMOS图像传感器出货量从41.4亿颗迅速上升至77.2亿颗，期间年复合增长率达到16.9%。预计2021年至2025年，全球CMOS图像传感器的出货量将继续保持8.5%的年均复合增长率，2025年预计可达116.4亿颗。同时，全球CMOS图像传感器销售额从2016年的94.1亿美元快速增长至2020年的179.1亿美元，期间年复合增长率为17.5%。预计全球CMOS图像传感器销售额在2021年至2025年间将保持11.9%的年复合增长率，2025年全球销售额预计可达330亿美元。
2016-2025年全球CMOS图像传感器出货量及销售额
资料来源：弗若斯特沙利文，华经产业研究院整理
从下游应用情况来看，CIS应用广泛，全球CIS主要细分领域包括智能手机、安防监控、汽车电子与机器视觉，多个细分领域蓬勃发展。据统计，2020年智能手机领域CMOS图像传感器全球出货量和销售额分别为60.6亿颗和124.1亿美元，占比分别达到78.5%和69.3%。安防监控领域的出货量和销售额分别为4.2亿颗和8.7亿美元，分别占比5.4%和4.9%。汽车电子领域的出货量和销售额分别为4.0亿颗和20.2亿美元，分别占比5.2%和11.3%。机器视觉领域的全局快门CIS总出货量迅速增至6000万颗，过去三年间年均复合增长率高达132.7%，2020年市场出货量占比为0.8%。
2020年全球CMOS图像传感器下游应用领域分布情况
资料来源：弗若斯特沙利文，华经产业研究院整理
2、细分市场-智能手机
在智能手机领域，全球智能手机市场已进入存量时代，头部效应明显。预计未来手机增幅继续减缓，行业增量将主要来自于存量结构调整以及创新应用带来的换机需求。从智能手机出货量情况来看，2010年-2017年全球手机出货量保持快速增长态势，2018年之后全球手机出货量逐年递减，2021年有所反弹。据统计，2021年全球智能手机出货量为13.55亿部，国内出货量为3.43亿部。
2011-2021年全球及中国智能手机出货量情况
资料来源：公开资料整理
从智能手机CIS出货量及销售额情况来看，据统计，2020年智能手机领域CMOS图像传感器全球出货量和销售额分别为60.6亿颗和124.1亿美元，占比分别达到78.5%和69.3%。预计至2025年，智能手机领域的CMOS图像传感器出货量和销售额预计将分别达到85.0亿颗和204.0亿美元，保持持续增长的趋势，但是受限于手机消费市场销量增长放缓，以及安防监控、智能车载摄像头、机器视觉等新兴应用领域的快速发展，占比分别降至73.0%和61.8%。
2020-2025年全球智能手机CIS出货量及销售额
资料来源：弗若斯特沙利文，华经产业研究院整理
3、细分市场-安防监控
全球安防监控CMOS出货量和销售额均快速增长。据统计，2020年，安防监控领域CMOS图像传感器的出货量和销售额分别为4.2亿颗和8.7亿美元，分别占比5.4%和4.9%。随着未来安防监控行业整体市场规模的不断扩大，预计2025年出货量和销售额将分别达到8.0亿颗和20.1亿美元，市场份额占比将分别上升至6.9%和6.1%，预期年复合增长率将达到13.8%和18.2%。
2016-2025年全球安防监控领域CIS出货量及销售额
资料来源：弗若斯特沙利文，华经产业研究院整理
近年来随着安防行业与人工智能、大数据、云计算等技术深度融合，安防行业应用领域进一步拓宽，产业链分工进一步细化。中国安防行业2020年总产值的8510亿元中，安防工程为5100亿，安防产品为2600亿，运维和服务市场为810亿。未来随着安防产业基础设施的进一步落地，安防监控领域CIS市场规模将持续增长。
2020年中国安防行业市场结构情况
资料来源：中安网，华经产业研究院整理
4、细分市场-汽车电子
在汽车电子领域，近年来CMOS图像传感器已经大规模地被安装在智能车载行车记录、前视及倒车影像、360°环视影像、防碰撞系统之内。而随着未来汽车电动化的趋势及自动驾驶技术的发展，更多的新车将标配ADAS（高级自动驾驶辅助系统）。若实现完全自动驾驶功能，单车平均搭载CMOS图像传感器数量将显著增加。根据相关分析显示，L1/L4级别自动驾驶的传感器数目为6个，而L3、L4、L5可分别达13/29/32个。
不同自动驾驶级别对应单车平均CMOS图像传感器数量
资料来源：公开资料整理
智能化驱动汽车CIS市场规模加速成长。据统计，2020年，汽车电子领域CMOS图像传感器的出货量和销售额分别为4.0亿颗和20.2亿美元，分别占比5.2%和11.3%；预计汽车电子CMOS图像传感器出货量和销售额将在2025年达到9.5亿颗和53.3亿美元，市场份额占比将分别上升至8.2%和16.1%，预期年复合增长率将达到18.89%和21.42%。全球汽车CIS市场规模有望加速扩容。
2020-2025年全球汽车电子领域CIS出货量及销售额
资料来源：弗若斯特沙利文，华经产业研究院整理
5、细分市场-机器视觉
机器视觉领域作为方兴未艾的广阔发展领域，有望拉动CMOS图像需求扩容。机器视觉技术利用图像传感器搭配多角度光源以获取检测对象的图像，并通过计算机从图像中提取信息进行分析和处理，最终实现多场景下的识别、测量、定位和检测四大功能，赋予机器“看”和“认知”的能力。
据统计，全球新兴领域CMOS图像传感器市场自2018年实现行业技术突破后迅速扩张，全局快门CMOS图像传感器总出货量从2018年的1100万颗增至2020年的6000万颗，CAGR高达132.7%。同时随着下游应用的更多样化，其设备搭载的摄像头数量也随之增加，因此全球新兴领域全局快门CMOS图像传感器市场规模预计将持续增长，2025年总出货量将增至3.92亿颗，未来五年间CAGR为35.7%。
2018-2025年全球全局快门CIS出货量及增速情况
资料来源：公开资料整理
四、CMOS图像传感器行业竞争格局
1、整体市场
从行业整体市场竞争来看，CMOS图像传感器行业目前是由国外厂商主导，索尼、三星电子、豪威科技占据行业前三。索尼凭借其领域完善的产品线在市场常年位居第一，在高阶CMOS图像传感器市场拥有技术优势；三星电子也占据较高市场地位，在智能手机、平板电脑和其他消费电子领域都有着高知名度；豪威科技是CMOS图像传感芯片被广泛应用于消费级和工业级领域。三家企业的技术优势、资金优势、客户资源优势和品牌优势都使其在市场竞争中处于优势地位，极大影响了CMOS图像传感器行业的发展方向。
根据弗若斯特沙利文数据，按照销售额口径，2020年全球CMOS图像传感器的前三厂商分别是索尼（39.1%）、三星电子（23.8%）和豪威科技（11.3%）；按出货量口径，市场份额前三的厂商分别是格科微（29.7%）、索尼（23.4%）和三星电子（17.7%）。
2020年全球CMOS图像传感器行业市场竞争格局
资料来源：弗若斯特沙利文，华经产业研究院整理
具体从企业情况来看，全球CIS企业份额较为集中，国产化率相对低。索尼等全球龙头企业已实现全系产品的CIS销售，且产品性能规格领先。本土企业以豪威科技、格科微为代表，持续升级产品技术规格，带动国产化率持续提升。在安防监控领域，思特威像素区间实现低端、中端及高端的100万像素至800万像素的全系列产品全覆盖，位于全球领先地位。
全球CMOS图像传感器企业情况对比
资料来源：公开资料整理
2、细分市场
从细分市场智能手机领域来看，行业集中度较高。根据Strategy Analytics数据，2021年全球智能手机图像传感器市场上，索尼以45%的收入份额居首，三星电子占比26%，豪威占比11%，前三大供应商总共占据近83%的收入份额。
2021年全球智能手机CMOS图像传感器市场竞争格局
资料来源：Strategy Analytics，华经产业研究院整理
在安防监控领域，思特威竞争优势凸显。据统计，在安防监控领域，2020年思特威实现1.46亿颗CMOS图像传感器出货量，以34.76%的市场份额位居全球第一；按销售额口径统计，思特威以22.18%的市场份额占比排名第三，与第二位的索尼（24.84%）相差较小。
2020年全球安防监控领域CIS市场竞争格局情况
资料来源：弗若斯特沙利文，华经产业研究院整理
车载CMOS芯片被美日韩企业垄断，国内企业奋起直追。根据Frost&Sullivan数据，前装车规级芯片市场目前主要由国外厂商占据，2020年安森美、索尼、豪威科技度智能车载CMOS图像传感器的出货量市场份额分别为54%、29%和8%。前装车载电子均采用车规级芯片，对芯片可靠性要求较高，认证过程较长，因此其竞争壁垒主要在于车规级摄像头用户的切入。
2020年全球智能车载CIS行业市场竞争格局情况
资料来源：弗若斯特沙利文，华经产业研究院整理
五、CMOS图像传感器未来发展趋势
1、产品迭代路径的主要方向
CMOS图像传感器的第一大发展方向是像素点数量不断增加，像素尺寸不断缩小，分辨率以及清晰度持续提升。随着H.265编码技术的普及、4K甚至更高分辨率视频应用逐渐上量，加之人脸识别和物体识别等智能视频需求的兴起，都意味着未来市场对CMOS图像传感器能够支持更高分辨率和更高帧率的输出需求将越来越迫切。
第二大方向则是在提升分辨率的前提下，整合优化CMOS图像传感器在不同场景下的整体成像的系统性能力将变得至关重要。如在安防监控领域，传感器设计厂商更需要具备整合优化低照度夜视全彩、HDR、低噪声、宽画幅成像等多项传感器性能的技术能力，以贴合行业客户未来更高的要求。
2、堆栈式CMOS技术应用将逐步铺开
堆栈式结构是背照式结构的进一步发展，采用堆栈式结构的CMOS图像传感器的图像质量将大大优化。未来全球CMOS图像传感器的市场规模也有望随着上述CMOS图像传感技术的不断升级而实现高速且稳定的增长。
3、智能化时代对图像传感器提出新的要求
随着技术的发展，安防行业亦将进入到更加智能化的时代，传统监控时代，图像主要是给人的眼睛看，需要清晰度和色彩还原相关的技术演进，而到智能化时代，图像更多地将变成为机器视觉提供服务于后端识别及自动运算响应的视频影像基础。图像传感器对于整个机器视觉的应用非常关键，智能识别对于图像传感器的性能要求比传统图像传感器要高很多，因此对传感器技术提出更多的要求。性能提升要求主要体现在低噪下的高感光度、低功耗、复杂光照环境下的超高HDR、近红外增强下的清晰视野、高帧率以及快速精准捕捉被拍摄目标的能力等方面。
技术发展不仅要求解决关于光的技术难题，对信息筛选、信息传输层面也提出了更高的要求。业界推出智能传感器芯片平台概念，将智能化算法程序集成在CMOS图像传感器上，将其作为对于云端计算和边缘端计算的一个补充，可提升整个视觉智能系统的效率和性能。
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