​车载摄像头,光学厂商们的下一个战场?

2021-05-17
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5月11日下午,360集团创始人、董事长周鸿祎在360大厦的报告厅内宣布,360已确定领投哪吒汽车的D轮融资,并将一跃成为哪吒汽车的第二大股东。接下来,360也将深度参与到哪吒汽车的造车环节。


随着各大科技企业纷纷入局,当前的智能造车局面就像群雄争霸,谁能杀出重围还需拭目以待。造车过程中需要纳入考量的因素众多,不过核心逻辑无论是车路协同还是单车智能,都绕不开车载摄像头。


车载摄像头被誉为“自动驾驶之眼”,应用在智能汽车感知层中的环境监测部分。主要工作原理为镜头进行图像采集,而后摄像头内部的感光组件电路及控制组件会对图像进行处理,并转化为有效的数字信号。


本文将围绕三个方面对车载摄像头进行解读:

拆解车载摄像头

车载摄像头在ADAS中扮演的角色

车载摄像头的市场空间


拆解


车载摄像头的核心硬件包括镜头组(由光学镜片、滤光片和保护膜等组成)、CMOS图像传感器、UV胶等单元构成,加上算法芯片,再由摄像头集成商进行系统集成,最终交付整车厂进行输出


而未来,传感器硬件简化、算力向中央集成,汽车 E/E 架构控制集中化趋势或将成为汽车行业的共识。无论是特斯拉发布的 HW2.0 驾驶辅助硬件方案还是华为提出“计算+通信”的 CC 架构,都印证了这一趋势。


资料来源:盖世汽车研究院,中金公司研究部


除去算法芯片,单从摄像头产业链来看,涉及到的主要部件为:


1、镜头组中的光学器件(主要包括镜片、滤光片、保护膜)对摄像头所生成的图像质量方面起到了关键作用。镜头主要用于将图像聚焦到传感器上,为此,镜头需要具备照亮整

个摄像头传感器区域的能力,以免所生成的图像出现阴影或渐晕。


2、CMOS 图像传感器(CIS)是摄像头模组的核心部件,相较早期的的 CCD 图像传感器,具备成本低、功耗小等诸多优点,随着设计水平及生产工艺的不断成熟,其性价比优势显现,成为了图像传感器的主流。根据咨询机构Frost&Sullivan 的统计,2019 年 CIS 出货量为 63.6 亿颗,市场规模达 165.4 亿美元。据格科微招股说明书预计,2024 年智能手机、汽车电子及平板/笔电的 CIS 销售额占比将为 68.8%、14.1%、8.0%。在车载 CIS 领域,根据咨询机构 Yole 的统计,安森美和豪威占据了较大的市场份额,





(资料来源: Frost&Sullivan, 格科微招股说明书,信达证券研发中心)


3、模组封装方面,车载摄像头模组的封装工艺难度高于手机,车规级摄像头应满足耐高温、防 磁、抗震、长使用寿命等特性。

耐高温:苛刻的温度要求,使用温度为 -40℃~85℃

抗震:保证在颠簸的路况下正常工作

防磁:车辆启动时会产生极高的电磁脉冲,需要极高的防磁性能

使用寿命:使用寿命与车辆寿命匹配,至少为8-10年才能满足需求


而以上细分部件组合到一起成为车载摄像头之后,在智能驾驶中扮演什么角色?



角色


智能汽车中,ADAS (高级驾驶辅助系统)负责实现主动判断和预防措施功能,是自动驾驶的基础。此系统利用安装在车上各式各样的传感器(毫米波雷达、激光雷达、单\双目摄像头以及卫星导航),在汽车行驶过程中随时来感应周围的环境,收集数据,进行静态、动态物体的辨识、侦测与追踪,并结合导航地图数据,进行系统的运算与分析,从而预先让驾驶者察觉到可能发生的危险,有效增加汽车驾驶的舒适性和安全性。即出现紧急情况时,汽车自动智能的在驾驶员主观反应之前做出主动判断和预防措施,来达到预防和辅助的作用。


一般来说,一辆汽车所搭载的传感器数量的多寡,直接决定了其智能化水平的高低。目前,普通家用轿车中约配有数十个传感器,高档轿车中则多达 100 多个。


传感器的具体功能如下:


超声波传感器作为整套视觉系统的补充,可探测到柔软或坚硬的物体;

毫米波雷达通过发射冗余波长的雷达波,能够穿越雨、雾、灰尘,甚至前车的下方空间进行探测,为视觉系统提供更丰富的数据

激光雷达是相对较新的传感器,其特点是可以实现三维的高精度测量,而且不受环境光的影响。


作为ADAS的核心传感器,车载摄像头的优势在于能够识别物体的多种特性,可以实现车道偏离警告(LDW)、车距检测(HMW)、交通标志识别(TSR)等功能。


车载摄像头主要分布区域


车载摄像头的工作用途决定了其与手机摄像头的侧重点不同。

和手机摄像头相比,前者的主要功能是拍照和交互,随开即用,连续使用时间短,偏重于高像素、调用及时性与设计小型化;后者的主要功能是保证驾驶安全,需要在驾驶期间始终保持工作状态,且必须能够适应较差的工作环境,偏重于工作稳定性、防磁、耐高温性以及长使用寿命等,对制造工艺要求更为严苛。


从硬件参数的角度来看,自动驾驶系统不追求高像素,但对弱光、强光等各种光线环境下的成像能力有特殊要求,所以一般使用像素较大且具备超高动态范围(120dB+)的 CIS。以特斯拉 Model 3 为例,根据 systemplus 的拆解,特斯拉采用的 8 颗摄像头,其 CIS 来自安森美 2015 年推出的产品,虽然像素仅为 120 万,但单个像素尺寸达 3.75μm。同时随着自动驾驶级别的提升,车载摄像头的像素数也有升级的趋势,近期蔚来发布的 ET 7 所采用的 CIS 就达到了 8MP,相较 1.2MP 摄像头,感知范围扩大三倍。此外,CIS 的滤光片也不是常规的 RGGB 拜耳阵列,而是使用了 RCCB 阵列,以提高弱光下的性能表现(RCCB 的 C 意为 Clear,即所有颜色的光均可通过,这种排列的优点在于透过的光更多,图像信噪比更高)。


从车载摄像头对ADAS的重要程度来看,随着智能汽车市场的逐渐火爆,车载摄像头的市场空间几何?



市场空间


一辆智能汽车需要几个车载摄像头?


目前来看尚无定论。从长期需求来看,多摄像头能够推动全新驾驶体验,可有效减轻驾驶员负担,为其提供360°视角、监控车内人员状况、提升驾驶安全度、释放传统部件功能,催生车体设计空间等优点。


可以作为参考的是特斯拉推出 Autopilot Hardware 2.0,在该套方案中配置了 8 个摄像头传感器, 8 个摄像头包括 3 个前视摄像头(1 颗长焦、1 颗广角、1 颗中距)、2 个侧方前视摄像头、2 个侧方后视摄像头和1 个后视摄像头,实现在 250 米半径在汽车周围提供 360 度可视性。近期蔚来发布的 ET 7 则是搭载 11 颗摄像头。成为了其汽车智能化方案中的重要硬件支撑,并对行业形成了一定的示范效应。


中金公司在《车载摄像头:扬帆汽车智能化浪潮,部署迎来量速齐升》研报中预测,国内乘用车的单车摄像头数量将从 2020 年的 0.9 颗提升至 2025 年 6.0 颗,而高端智能车型搭载的摄像头数量可达 8-12 个。


安森美(其在汽车图像传感器市场的市占率达到 46%)预测,自动驾驶所需摄像头数量将达到 9 个,其中前置与后置各 2 个,侧视4 个,内置 1 个,用来实现辅助泊车、车道偏离预警、行人碰撞预警、疲劳驾驶预警等功能。


车载摄像头的市场空间有多大?


一方面是智能汽车市场的火爆,一方面是搭载摄像头数量增长未来几年车载摄像头市场规模也将获得较快增长。根据前瞻产业研究院数据,2019 年全球车载摄像头市场规模为 112 亿美元水平,首次突破 100 亿美元,中国市场规模为 47 亿元;2020 年预计全球市场将达到 130 亿美元规模,中国市场达到 57 亿元规模。预计到 2025 年全球车载摄像头市场规模将达到 270亿美元,5 年 CAGR 为 16%;中国车载摄像头市场规模有望突破 230 亿元,5 年CAGR 为 32%。


回到开头,除了360造车,在4月过去的上海车展上,专注无人机领域的大疆也在车展期间正式亮相了旗下智能驾驶业务品牌——大疆车载。目前推出的有智能驾驶解决方案,视觉感知传感器、智能驾驶域控制器、驾驶行为识别预警系统、激光雷达、卫星导航系统、高精度地图等核心零部件。


无人机与智能汽车看似风马牛不相及,但其在视觉信息处理领域的先进技术与智能驾驶有着共通之处。早前大众宣布与其合作,在视觉信息处理领域开发自动驾驶技术,计划于2023-2024 年搭载上车。大疆的入局也从侧面印证了车载视觉对智能汽车的重要性。


牵一发动全身,智能驾驶的崛起影响的绝不只是下游科技企业。近日,中国信通院发布数据,2021年4月国内手机市场总体出货量2750万部,同比下降34.1%。手机摄像头作为光学厂家们的一大客户需求量正在减少,未来,车载摄像头或将是光学厂商们的下一个市场爆发契机。


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