環(huán)境感知中常見傳感器之車載攝像頭技術(shù)解析

單車攝像頭數(shù)量持續(xù)增加，天花板不斷打開

車載攝像頭是環(huán)境感知中最常見的傳感器之一。攝像頭的工作原理即目標物體通過鏡頭生成光學(xué)圖像投射到圖像傳感器上，光信號轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?，再?jīng)過A/D（模數(shù)轉(zhuǎn)換）后變?yōu)閿?shù)字圖像信號，最后送到DSP（數(shù)字信號處理芯片）中進行加工處理，由DSP 將信號處理成特定格式的圖像傳輸?shù)斤@示屏上進行顯示。視覺是人類駕駛汽車獲取環(huán)境信息最主要的途徑，攝像頭獲取的信息更為直觀，更接近人類的視覺，對于自動駕駛汽車而言，攝像頭取代了人類視覺，成為了汽車獲取外界信息的重要來源。

車載攝像頭的優(yōu)點十分明顯，成本低且技術(shù)成熟，采集信息的豐富度較高，最接近人類視覺，但其缺點也十分顯著，攝像頭受光照、環(huán)境影響十分大，難以全天候工作，尤其是在黑夜、雨雪天、大霧等能見度不足的場景下，其識別效率大大降低，此外，車載攝像頭缺乏深度信息，三維空間感不足。

車載視像頭結(jié)構(gòu)組成

圖像傳感器成本占比超過五成，CMOS 為當(dāng)下主流選擇。車載攝像頭的硬件結(jié)構(gòu)包括光學(xué)鏡頭（光學(xué)鏡片、濾光片、保護膜）、圖像傳感器、圖像信號處理器（ISP）、串行器、連接器等器件。成本結(jié)構(gòu)成上，圖像傳感器成本占比最高，成本占比達到50%，CMOS 圖像傳感器具有讀取信息方式簡單、輸出信息速率快、耗電少、集成度高、價格低等特點，成為目前目前主流的車載圖像傳感器。

車載鏡頭舜宇排名第一，聯(lián)創(chuàng)電子正在快速崛起。根據(jù)ICV*** 在2019 年的數(shù)據(jù)顯示，舜宇光學(xué)全球車載攝像頭出貨量第一，市占率超過30%，韓國世高光、日本關(guān)東辰美、日本富士占絕行業(yè)前四名，前四名市占率超過80%。國產(chǎn)方面，除舜宇之外，聯(lián)創(chuàng)電子是國內(nèi)唯二具備較強競爭力的廠商，目前已經(jīng)進入特斯拉、蔚來等產(chǎn)業(yè)鏈，正在快速崛起。

車載CIS 呈現(xiàn)寡頭格局，韋爾收購豪威科技一躍成為行業(yè)第二。車載CIS（CMOS Image Sensor）是當(dāng)下主流的車載攝像頭圖像傳感器方案，其中安森美是絕對的車載CIS 龍頭，市占率超過六成，豪威科技位列第二，市占率約為20%，索尼和三星作為手機CIS 的龍頭，進入車載市場較晚，正在快速切入。國產(chǎn)廠商方面，韋爾股份收購豪威科技后，一躍成為車載CIS 龍頭，正在迅速崛起。

2019 年全球車載攝像頭鏡頭市場份額

2018 年全球車載CIS 傳感器市場份額

中游模組主要由海外公司主導(dǎo)，國產(chǎn)比例仍然較低。由于車規(guī)級攝像頭模組的安全性和穩(wěn)定性要求更高，模組封裝工藝更為復(fù)雜，在競爭格局方面，主要由海外公司占據(jù)主要市場份額，松下、法雷奧、富士通、***、麥格納等占據(jù)市場主要地位，國產(chǎn)方面，舜宇光學(xué)、聯(lián)創(chuàng)電子等為代表的攝像頭模組企業(yè)正在快速布局車載領(lǐng)域。

2019 年全球車載攝像頭模組市場份額

根據(jù)安裝位置劃分，車載攝像頭可以分為五大類：內(nèi)視攝像頭、后視攝像頭、前置攝像頭、側(cè)視攝像頭、環(huán)視攝像頭等；根據(jù)結(jié)構(gòu)劃分，車載攝像頭可以分為單目攝像頭、雙目攝像頭、廣角攝像頭等。單目攝像頭和雙目攝像頭主要用于自動駕駛汽車的前視，視角一般為45 度左右，負責(zé)實現(xiàn)FCW、LDW、PCW、TSR、ACC 等功能，而廣角攝像頭則要用于自動駕駛汽車的后視（后視泊車輔助）、內(nèi)置（閉眼提醒、DMS）、側(cè)視（盲點檢測）、以及環(huán)視（全景泊車、LDW）等多個方位多種功能。

車載視像頭的類型及其功能

各家整車廠新車型的攝像頭搭載數(shù)量持續(xù)上升。從各家最新發(fā)布的車型搭載方案來看，造車新勢力的單車搭載攝像頭數(shù)量平均已超過10 顆。2021 年最新發(fā)布的蔚來ET7 共搭載了11 顆攝像頭，小鵬計劃于2022 年量產(chǎn)的G9 車型預(yù)計將搭載12 顆攝像頭，極氪001 更是搭載了15 顆攝像頭，各家車企不斷增加前視、環(huán)視、后視和內(nèi)視等各方位的攝像頭，為了高階輔助駕駛的落地創(chuàng)造了堅實的基礎(chǔ)。

各家車企的車載攝像頭搭載情況

特斯拉Model 3 的感知系統(tǒng)包括了8 個攝像頭+12 個超聲波雷達+1 個毫米波雷達。該感知系統(tǒng)可以實現(xiàn)在250 米半徑內(nèi)提供360 度的視野，可以在一定距離內(nèi)探測軟硬物體，而且精度幾乎是以前系統(tǒng)的兩倍。包括1 個前視窄視野長焦攝像頭（FOV 25 度、最大測距250 米），1 個前視主視野中焦攝像頭（FOV50 度、最大測距150 米），1 個前視寬視野廣角攝像頭（FOV 150 度、最大測距60 米），2 個側(cè)方前視攝像頭（最大測距80 米）、2 個側(cè)方后視攝像頭（最大測距100 米）和1 個后視攝像頭（最大測距50 米）。

Mobileye 的純攝像頭ADAS 解決方案包括了12 顆攝像頭的子系統(tǒng)。在CES 2020上，Mobileye 也發(fā)布12 個攝像頭組成的純攝像頭解決方案，包括2 顆前視攝像頭（FOV 120 度），一顆前視窄視野長焦攝像頭（FOV 28 度），1 顆后視攝像頭（FOV 60 度），4 顆側(cè)視攝像頭（FOV 100 度），4 顆停車輔助攝像頭，1 顆DMS 內(nèi)視攝像頭。

單車搭載攝像頭數(shù)量持續(xù)增加，預(yù)計到23 年有望超過平均每臺車3 顆。根據(jù)佐思汽研數(shù)據(jù)，2021Q1 中國乘用車市場車載攝像頭的總安裝量為922.3 萬顆，同比增長95.3%，2021Q1 單車的攝像頭安裝量從2020Q1 的1.559 顆提升至1.779 顆，市場對車載攝像頭的需求量持續(xù)增加。根據(jù)Yole 預(yù)測，2018 年全球汽車平均每臺搭載攝像頭的數(shù)量為1.7 顆，預(yù)計到2023 年有望增加單車3 顆左右，CAGR 達12%。而對于高端車的搭載情況，根據(jù)Yole 數(shù)據(jù)顯示，高端車型的單車攝像頭搭載數(shù)量從2014 年的5 顆提升到2020 年的8 顆，預(yù)計到2024年將超過11 顆。

此外，根據(jù)不同等級自動駕駛的要求，為了實現(xiàn)更準確的識別效果，每一類攝像頭會搭載不同焦段2-3 只。L1 或2 級的車輛主要以安裝倒車或環(huán)視攝像頭為主，單車攝像頭數(shù)量約在3-5 顆左右；L3 級車輛還會安裝前視攝像頭，單車攝像頭數(shù)量約在8 顆左右；L4/5 級車輛基本會囊括各種類型的攝像頭，單車攝像頭數(shù)量約在10-20 顆左右。

21Q1 中國乘用車攝像頭安裝量及單車平均安裝量

18-23 年全球汽車平均搭載攝像頭數(shù)量（顆）

2012-2025 年單車搭載攝像頭的個數(shù)變化情況

各類型車載攝像頭快速上車，滲透率不斷提升。19-20 年我國后視攝像頭滲透率占比最高為50%，前視攝像頭滲透率30%、側(cè)視攝像頭滲透率22%，內(nèi)置攝像頭滲透率7%，仍然有很大的滲透空間。隨著IACC、HWA、HWP 等各類高級ADAS 功能落地，各種攝像頭的需求量也在不斷上升，駕駛員注意力監(jiān)測需求上升，DMS 攝像頭也在快速上車。根據(jù)佐思汽研的數(shù)據(jù)，2021Q1 中國乘用車市場DMS 安裝量同比增長554.5%，是各類車載攝像頭中增速最快的，此外環(huán)視攝像頭同比增速120.8%，前視攝像頭同比增速103.0%，行車記錄儀同比增速102.2%，后視攝像頭同比增速60.6%，各類車載攝像頭安裝量快速提升。

19-20 年各類型車載攝像頭滲透率情況

21Q1 中國乘用車市場各類攝像頭安裝量增速

EEA 架構(gòu)集中化，有望帶動攝像頭成本下行

特斯拉剝離計算功能，攝像頭BOM 成本下降六成。以寶馬X5 采用的采孚三目前視攝像頭和特斯拉在Model 3 中所使用的三目前視攝像頭進行成本比較。寶馬X5 中的采孚S-Cam4 三目前視攝像頭是由豪威（OmniVision）的CMOS 圖像傳感器實現(xiàn)圖像采集，Mobileye 的EyeQ4 實現(xiàn)視覺處理。而特斯拉在Model3 中所使用的三目前視攝像頭，其攝像頭模塊是基于安森美（ OnSemiconductor）120 萬像素的CMOS 圖像處理器，并沒有安裝計算功能模塊，圖像處理功能則由Autopilot 來實現(xiàn)。

根據(jù)SystemPlus 測算，特斯拉Model 3 的三目前視攝像頭的BOM 成本65 美金左右，而采孚ZF S-Cam4 三目前視攝像頭的BOM 成本在165 美金左右，特斯拉在剝離了計算功能后，攝像頭BOM 成本下降了約六成。

特斯拉的三目前視攝像頭結(jié)構(gòu)拆解

采孚S-Cam4 三目前視攝像頭結(jié)構(gòu)拆解

EEA 架構(gòu)的集中化會促使算力集中化，進而加速傳感器的硬件簡化。以特斯拉為例，Model 3 的電子電氣架構(gòu)已經(jīng)進入準中央架構(gòu)階段，由中央計算模塊（CCM）、左車身控制模塊（BCMLH）、右車身控制模塊（BCMRH）三個部分組成，特斯拉的準中央E/E 架構(gòu)已帶來了線束革命，Model S/Model X 整車線束的長度是3 公里，Model 3 整車線束的長度縮短到了1.5 公里，Model Y 進一步縮短到1 公里左右，特斯拉最終的計劃是將線束長度縮短至100 米。整個架構(gòu)的不斷集中化，也帶動了整個控制和算力的集中化，也避免了過往各ECU之間的算力冗余，進一步簡化邊緣端傳感器，從而帶動邊緣段硬件成本的進一步下探。

集中式的EEA 架構(gòu)

特斯拉Model 3 的電子電氣架構(gòu)

車內(nèi)感知需求不斷增加，DMS 有望成為標配

駕駛員監(jiān)測系統(tǒng)（DMS，Driver Monitor System）是指駕駛員行駛過程中，全天候監(jiān)測駕駛員的疲勞狀態(tài)、危險駕駛行為的信息技術(shù)系統(tǒng)。在發(fā)現(xiàn)駕駛員出現(xiàn)疲勞、打哈欠、瞇眼睛及其他錯誤駕駛狀態(tài)后，DMS 系統(tǒng)將會對此類行為進行及時的分析，并進行語音燈光提示，起到警示駕駛員，糾正錯誤駕駛行為的作用。DMS 一般分為主動式DMS 和被動式DMS。被動式DMS 基于方向盤轉(zhuǎn)向和行駛軌跡特征來判斷駕駛員狀態(tài)。主動式DMS 一般基于攝像頭和近紅外技術(shù)，從眼瞼閉合、眨眼、凝視方向、打哈欠和頭部運動等，檢測駕駛員狀態(tài)。

主動DMS 系統(tǒng)從18 年開始逐漸放量，21 年1-9 月DMS 銷量同比增長244%。自2006 年起，雷克薩斯LS 460 首次配備主動DMS，隨著近年來一系列的安全事故大大提高了DMS 在自動輔助駕駛系統(tǒng)尤其是L2/L3 功能上的的重要性。從2018 年開始，隨著L2 和L3 系統(tǒng)逐漸量產(chǎn)，主動式DMS 系統(tǒng)開始放量。根據(jù)佐思汽研數(shù)據(jù)， 2019 年在中國主動DMS 系統(tǒng)的乘用車新車安裝量為1.02萬套，同比增長174%。2021 年1-9 月中國乘用車新車的DMS 系統(tǒng)銷量25.15萬套，同比增長244%，其中合資占比6%，本土占比94%，排名靠前的品牌有長安、小鵬、哈弗、寶馬、蔚來等。2021 年中國DMS 爆發(fā)增長主要原因是本土品牌增加了裝配車型力度。2021 年新上市車型DMS 裝配量9.67 萬輛，占整體裝配量比例38%。

主機廠對DMS 系統(tǒng)的采用歷程

大部分Tier1 已推出DMS 完整解決方案，包括法雷奧、博世、***、電裝、現(xiàn)代摩比斯、偉世通、維寧爾等。在中國企業(yè)中，百度、商湯科技、中科創(chuàng)達、經(jīng)緯恒潤等公司的DMS 產(chǎn)品也已落地在各個品牌車型上。

DMS 的核心功能是監(jiān)測駕駛員的疲勞和注意力分散程度。但是基于更多的傳感器，視覺+紅外攝像頭，甚至毫米波雷達，可以實現(xiàn)更多的功能，譬如人臉識別、年齡性別估計、情緒估計、安全帶檢測、姿勢位置、遺忘檢測、座艙異常情況檢測、幼兒檢測等。通過人臉、性別和表情的識別, 實現(xiàn)身份認證，以及更豐富的人車交互。目前DMS 的應(yīng)用僅停留在預(yù)警階段，而一旦與ADAS/AD 系統(tǒng)結(jié)合，還可以實現(xiàn)個性化車身控制等功能。

海外Tier 1 方案商的DMS 產(chǎn)品對比

國內(nèi)部分DMS 系統(tǒng)供應(yīng)商產(chǎn)品對比

空間測算：預(yù)計到2025 年全球市場規(guī)模近1200 億元，CAGR 22%

隨著高階輔助駕駛功能滲透率的不斷提升，平均單車攝像頭的數(shù)量也在不斷提升。對于L2.5 和L3 級的單車而言，平均車載攝像頭有望從6-7 顆提升到2030年的10 顆。隨著ADAS 攝像頭和高清攝像頭的滲透率逐漸提升，將會帶動單車攝像頭價值量的不斷提升。根據(jù)我們測算，預(yù)計到2025 年全球車載攝像頭市場規(guī)模將達1178 億元，復(fù)合增長率21.9%，全球車載攝像頭的搭載量有望突破2.45 億顆，復(fù)合增長率19.2%。在中國市場方面，預(yù)計到2025 年，中國車載攝像頭市場規(guī)模將達到457 億元，車載攝像頭搭載量有望突破9600 萬顆。