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3Dsensing:未来3年最确定的大机会

(2018-03-31 15:13:35)
分类: 行业研究
3Dsensing路径实现和投资机会的深度解析
浙商证券 张伟

从海内外公司最新季报看 3D sensing 行情的确定性

 近期 Lumentum、 AMS、 Viavi、 WIN 等苹果 3D sensing 核心供应商纷纷发布超预期的 2017 年 Q4 季报,乐观预期 2018 年乃至 2020 年的业绩表现,并纷纷扩产做好产业爆发的准备。同时我们对照产业链调研信息,得出非常明确的判断:3D sensing 是未来 2~3 年消费电子最确定的大行情之一, 且有望从 2018 年下半年开始加速

  

时间、空间维度看 3D sensing 未来的爆发

对于智能手机的 3D sensing 硬件搭载率的测算, 预计从 2017 年的不到 3%增长到 2020 年的 39%,其中安卓阵营搭载量的占比将从 2017 年的 0%达到 2020年的 64%。 对应行业规模有望从 2017 年的 7.6 亿美元提高到 2020 年的 112 亿美元。且未来 2 年内,苹果市场的 3D sensing 规模将远大于安卓市场,安卓市场在 2018 年仍处于起步阶段,预计将在 2020 年和苹果市场平分秋色。

 

苹果、安卓阵营构建自身 3D sensing 生态链的不同策略

在 3D sensing 领域不管是技术还是产业链的管控,苹果至少领先安卓 1.5~2.5年,安卓追赶的关卡主要集中在边缘运算的 AI 芯片、功耗大小、模组尺寸、关键零部件的量产能力。 因此,在自身的 3D sensing 生态开发上,苹果和安卓将采取不同的策略:苹果致力于实现更完善的供应保障, 同时引领下一代后置3D sensing 的开发;而安卓阵营致力于实现供应链的整合,完成产品的落地。

 

通过四大核心因素挑选判断核心标的的受益程度

 

从 3D sensing 相关标的股价的不同表现, 我们总结出标的挑选的一般性逻辑,总结出四大核心要素: 

1)是否为苹果供应链,近两年苹果的规模将远大于安卓,业绩兑现看苹果; 

2)单机价值量高低,代表行业成长空间; 

3)业绩弹性,内附海内外公司弹性测算; 

4)公司是否具备其他零部件供应的能力。分别给出每项核心要素的对应价值,并得出结论:

非 A 股标的重点推荐 AMS、Lumentum、 IQE、 WIN

A 股标的重点推荐联创电子、水晶光电、欧菲科技

风险因素

3D sensing 渗透不及预期,竞争加剧价格下降过快。


3D Sensing科普

3D Sensing 就是将原来 2D 的摄像头转换为 3D 数据,不仅让成像显得立体,更让每一个像素能够除了 x、y 轴数据外,还有 z 轴(深度 / 距离)数据。所以简单的说 3D Sensing 就是原有的摄像头再新增一个测算深度数据的模块。

目前 3D Sensing 主要由发射端与接收端构成。不同的路径有着不同的器件结构,一般有激光发射器(VCSEL 发射端)、wafer-level optics ( WLO ) 、Sensor 这几个结构。

3D Sensing的技术路线

目前 3D Sensing 市场上有三种方案,成熟度按照从高到低顺序排列为:结构光、TOF 和双目。其中最成熟的结构光方案已大量应用于工业 3D 视觉领域,而 TOF 方案已出现在 Google 的 Project Tango 方案中,双目由于算法开发难度高,在不在乎功耗的机器人、自动驾驶等新兴领域应用较多。

iPhone8 最终采取的还是结构光的方案。结构光技术是通过发射端发射激光(VCSEL 激光器),激光通过晶圆级镜头 ( WLO ) 和 DOE 进行投射成像时会发生折射,从而使得激光最终在物体表面上的落点产生位移,反射的激光通过滤光片排除干扰较多的光信号,检测 ( sensor ) 采集投射到物体表面上的图样的位移变化,用算法计算出物体的位置和深度信息。


3D Sensing结构光路线的器件构成

目前结构光路线的 3D Sensing 主要由激光器(VCSEL 发射端)、Wafer Level Optics ( WLO ) 、滤光片 ( Filter ) 、Sensor 构成。

VCSEL 激光器

VCSEL(Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser,垂直腔表面发射激光器)是一种垂直于衬底面射出激光的半导体激光器。VCSEL 常用的原材料有砷化镓、磷化铟或氮化镓等发光化合物半导体。

发光原理方面,VCSEL 与其它半导体激光发光原理一样,首先要实现是能量激发,通过外加能量激发半导体的电子由价带跃迁到导带,当电子由导带返回价带时,将能量以光能的型式释放出来。然后依靠上下两个 DBR 反射镜和增益物质组成的谐振腔实现共振放大,谐振腔使激发出来的光在上下两个 DBR 反射镜之间反射,不停地通过发光区吸收光能,使受激光多次能量反馈而形成激光。

VCSEL 激光器供货由工业级转向消费级后,难点在于保持性能的情况下缩小体积。全球能够生产工业级 VCSEL 的公司有 Lumentum、Finisar、II-VI、Philips Photonics、Princeton Optronics 等。

晶圆级镜头 Wafer Level Optics ( WLO )

在基于结构光技术的 3D 成像中需要 WLO 将光束进行匀光、分束均匀地分布投射至周围环境中。WLO 优势在于:可以大幅降低成本;基于紫外压印光刻和紫外贴合技术,能够实现高精度光学元件制造和堆叠;完美切合微型化光学元件和光电器件。

其难度在于晶圆级的光学技术全球掌握的厂商很少,目前 WLO 领域技术专利主要掌握在 Heptagon 手中。

衍射光学元件 Diffractive Optical Element ( DOE )

利用光的衍射原理,将点光源转换为散斑图案,使得激光最终在物体表面上的落点产生位移,从而能够计算出其深度信息。

预计目前 DOE 主流厂商有 Jenoptik、Holoeye、台积电等。

滤光片 ( Filter )

滤光片也是基于结构光的3D摄像头技术关键。3D 摄像头在接收反射光时要求只有特定波长的光线能够穿过镜头,拦截频率带之外的光线,即隔离干扰光、通过信号光凸显有用信息。滤光片的难点在于滤过指定波长的光。

目前滤光片领域主流厂商包括由 JDSU 分拆出的 VIAVI,我国的水晶光电等等。Kinect 一代体感设备所用的窄带滤光片即为水晶光电所供应。

Sensor

传感器芯片是接受特殊波段的信号光,处理信息并向用户反馈结果的一个部件,与常见的红外 CMOS 图像传感器类似,目前厂家包括意法半导体、安森美半导体等。

3D Sensing是未来确定性的大机会

苹果已经在2017年发布有前置3D Sensing的iPhone8,将于2019年发布有后置3D Sensing的iPhone9历史上看,苹果的新技术对安卓机具有示范效应,一般在 iPhone 推出新技术后,安卓机都会在 1-3 年内跟进并普及相关功能。

3D Sensing是机器追赶生物视觉上的关键一环

俯视历史,人类通过模仿各种生物的特性制造不同种类的工具:模仿蝙蝠发明了雷达,模仿鸡蛋发明了拱形建筑,模仿苍蝇发明了复眼照相机等等。最终人类希望制造一种机器,他能替代人类做事,人类将被模仿的对象设为人类本身。制造这种能够像人一样工作的机器(或者说人造人),需要考虑硬件(模仿人类身体部件)和软件(模仿人的大脑,AI)两个方面。

而在历史的长河中,人类只能先提出猜想,而用工具(硬件)去证实或证伪猜想(软件):先有了能渡洋的船,才能环绕地球证实 " 地球是圆的 ";先有了载人宇宙飞船,才能证伪外太空看不到万里长城。所以,需要工具(功能器件)先达到人的硬件水平,再去想如何进行算法(AI)开发。硬件不达标,即使算法再好,输入信息将成为智能化的短板。

比如摄像头去识别镜头中有多少人,用传统摄像头来做算法很复杂,怎么把这些人隔开来,有多少人,而且识别率不是那么高,在大部分场合下是达不到一些具体应用的需求的。但是用 3D 摄像头来做算法就很简单,因为每个人之间的距离、空间位置都不一样,三维信息可以使算法简单化、识别率提高好几倍。这就是硬件的作用,提供有效的信息。

同时,人获取的信息中有 70% 以上是通过视觉获取,既说明需要实现有关大脑 ( AI ) 的设想的大部分被机器提供的视觉功能不达标所阻碍,又说明了大脑 ( AI ) 对于视觉硬件获取信息的需求是最强烈的。

在视觉上,过去的摄像头已经能做到 2D 图像的重现,而3D Sensing就是将硅基器件的功能追平 " 碳基 " 生命器官的关键一步,将获得的信息从2D3D过渡,减少了外部功能部件对AI开发的制约。有了相当于人眼视觉的 3D 成像,人类向实现 AI 的梦想又迈出了一大步。

3D 视觉是自动驾驶所急需的。自动驾驶的主流路径是激光雷达 + 摄像头,本身是为了组合起来替代人类视觉的功能,若 3D Sensing 功能能够在 500m 以内满足需要并且其成本又低,则汽车厂商必然会转向 3D Sensing 的汽车化,而放弃现在的激光雷达 + 摄像头的方式,这也是 Tesla 所期望走的方式(以低成本摄像头为主 + 毫米波雷达)。

德银预测,3Dsensing的渗透率有望从2017年的3%提高到2018年的6%,2019年的20%和2020年的38%,出货量有望从2017年的3800万部提高到2020年的6.35亿部。整个市场规模有望从2017年的7亿美金提高到2020年的140亿美金,4年复合成长率达到173%。https://t12.baidu.com/it/u=1444803437,375318123&fm=173&app=25&f=JPEG?w=640&h=361&s=7DAC34725D73640B0C5141C0000070B0

https://t12.baidu.com/it/u=3122201822,2896550915&fm=173&app=25&f=JPEG?w=594&h=347&s=49A03C721D736E130E7541C0000070B2

3D Sensing产业链关键部件在于:1、红外线传感器;2、红外激光光源;3、光学组件。产业链相关红外线传感器的上市公司有STM、AMS、Heptagon、Infineon、TI、索尼、豪威等;产业链相关红外激光光源的上市公司有Finisar、Lumentum、II-VI、光迅科技等;产业链相关光学组件的上市公司为福晶科技;而提供综合技术方案的上市公司有STM、微软、英特尔,德州仪器、英飞凌等。


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