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3D成像，人工智能时代人机交互的革命性创新-170507 （25页） 请务必阅读正文之后的免责条款部分 [Table_MainInfo] [Table_Title0]
3D 成像：人工智能时代人机交互的革命性创新 ——3D 成像行业首次覆盖 王聪（分析师） 陈飞达（研究助理） 021--
证书编号 S2 S9 本报告导读： 3D 成像 提升 了 成像 维度 ， 将 带来 人机交互的革命性创新和全新的应用。苹果 的 导入有望 引爆市场，非 苹 阵营快速跟进，百亿美元市场即将 开启 。 摘要： [Table_Summary0] ? 首次 覆盖 给予 “增持 ”评级 ： 3D 成像 的 出现 使成像不再局限于平面，维度的提升带来了交互革命和全新的应用，我们认为其吸引力巨大。2017年新一代 iPhone手机导入 3D 成像功能将带来巨大的示范效应，非 苹阵营将快速跟进。 当前 3D 成像 产业链逐渐成熟， 产业 即将 迎来爆发 ， 百亿美元 市场 将 开启 。 VCSEL、 DOE、 WLO、 IR CIS、 3D 图像处理芯片 这些 元器件技术难度高，产业壁垒大，短期内国内厂商难以进入 。 目前国内厂商的机会主要在 窄带 滤光片 和 3D 成像模组 ， 我们 推荐 全球 除 VIAVI以外唯一 具备 窄带滤光片 量产 能力的 水晶光电 ，以及 全球摄像头模组龙头厂商 欧菲光 ，欧菲光 不仅 具备 3D 成像模组制造能力，同时 通过与 MantisVision 合作布局 3D 成像算法 ， 当前 其已具备包括近红外激光源、红外摄像头及 RGB 摄像头等完整 3D 成像系统方案 。 ? 3D 成像 带来 维度提升，引领交互革命 ： 2D 成像技术以臻成熟，唯有通过维度提升向 3D 发展才能继续突破成像技术的 局限。 3D 成像在获取平面图像的同时获得拍摄对象的深度信息， 同时融合人脸识别、虹膜识别等功能将带来智能设备的外观创新和交互方式的变革，创造诸多行业新应用。 ? 苹果大概率 导入，行业 拐点 已经到来 ： 苹果自 2011 年 以来不断收购3D 成像相关公司， 2013 年 更是 以 3.45 亿美元收购 PrimeSense（供应 Kinect-1， 创 下 销售记录 ） 。 根据 产业链信息， 苹果 大概率于 2017年 新款 iPhone 中导入前置 3D 成像（ 结构光 方案） ， 非 苹阵营预计于2018 年 起大面积跟进，我们认为 3D 成像 未来 将 会 成为标配 ， 行业拐点已经 到来 。 ? 未来 3 年 CAGR 高达 173%， 国内 厂商已有布局： 3D 成像 由 发射 、接受、成像、 3D 图像处理芯片这 4 大 部件 构成 ，国内厂商在接收端窄带滤光片和模组方面能力较强，有望切入供应链。 2017 年 3D 成像市场主要由 iPhone 新款手机贡献， 我们 预计苹果 3D 成像市场规模从 年分别为 5、 18.6、 30.1、 32.3 亿美元。非苹阵营 以其 庞大的 基数将 后来居上，预计
年非苹阵营带来的 3D 成像市场需求分别为 15.8、 37.5、 69.6 亿美元。总计
年智能手机 3D成像市场规模为 5、 34.4、 67.6、 102.3 亿美元， CAGR 为 173%。 ? 风险提示 ： 3D 成像导入进度低于预期，供应链成熟低于预期 [Table_Invest] 首次覆盖 评级： 增持 [Table_subIndustry] 细分行业评级 光学光电子 增持 重点覆盖公司列表 [Table_Company] 代码 公司名称 评级 002456 欧菲光 增持 002273 水晶光电 增持 行业首次覆盖 电子元器件 股票研究 证券研究报告 请务必阅读正文之后的免责条款部分 2 of 25 目 录 前言 ................................................................................................................ 3 1. 3D 成像：维度提升带来交互革命及应用创新 ................................... 4 1.1. 维度提升令成像进行下一世代 ...................................................... 4 1.1.1. 过去摄像头只在平面成像效果方面做提升 ........................... 4 1.1.2. 维度提升将使成像技术进入下一世代 ................................... 5 1.2. 3D 成像带来设备外观、交互方式、行业应用大幅创新 ............ 5 1.2.1. 3D 成像技术带来设备外观创新 ............................................. 5 1.2.2. 交互维度提升带来全新行业应用 ........................................... 6 2. 行业拐点来临，结构光技术将成主流 ................................................. 8 2.1. 行业巨头布局多年， 2017 年苹果引领带来行业拐点 ................. 8 2.2. 前置 3D 成像将以结构光为主流， ToF 有望后期用于后置 ........ 9 2.2.1. 结构光、 ToF、 双目立体视觉为主要 3D 成像技术 .............. 9 2.2.2. 结构光适用于近距离场景，将成前置 3D 成像主流， ....... 11 3. 四大部件组成结构光，难度各异 ....................................................... 12 3.1. IR 发射模组：核心部件高壁垒，影响成像效果 ....................... 12 3.2. IR 接收模组：窄带滤光片为国内厂商主要机会 ....................... 15 3.3. 镜头成像端：产业链成熟，非增量业务 .................................... 16 3.4. 3D 图像处理芯片：难度高，突破难 .......................................... 16 4. 未来 3 年 CAGR 173%，关注新增部件投资机会 ............................. 17 4.1. 产业链梳理：外资为主，国内厂商有所卡位 ............................ 17 4.2. 2017 年为 3D 成像元年，未来 3 年 CAGR 高达 173% ............ 17 5. 行业评级及投资建议 ........................................................................... 19 6. 风险提示 ............................................................................................... 20 [Table_Directory] 表： 本报告覆盖公司估值表 [Table_ComData] 公司名称 代码 收盘价 盈利预测（ EPS） PE 评级 目标价 E A E 欧菲光 7.05.06 38.09 0.66 1.41 2.30 57.56 27.04 16.60 增持 60.00 水晶光电 7.05.06 21.35 0.38 0.59 0.85 55.79 36.20 25.18 增持 30.00 请务必阅读正文之后的免责条款部分 3 of 25 前言 苹果近 2 年在 iPhone 创新上乏善可陈，硬件创新遇到瓶颈。 2017 年为iPhone 10 周年，随着技术积累，市场预期新一代 iPhone 手机将出现大幅度创新。前期市场对 2017 年 iPhone 采用 OLED 屏幕、无线充电、双面玻璃等已有较充分预期。近期从产业链信息及苹果申请的专利角度挖掘，我们认为 2017 年 iPhone 将在光学上进行重大变革。 美国激光器厂商 Lumentum CEO Alan Lowe 在其 2016 年业绩发布会上表示 ， 3D 感测产品有望打进某移动设备大厂，现已送样做认证测试中，未来每季营收可能从一亿多美元暴增至十亿美元。市场确信该客户即为苹果，此消息一出， Lumentum 当日股价在收盘时跳涨 14.05%。Lumentum 用于苹果手机的产品为 VCSEL（垂直共振腔表面放射激光），预计将作为 3D 成像发射端的红外源。据此， 2017 年 iPhone 在光学创新上的路径逐渐清晰，采用 3D 成像技术是大概率事件。 本文将分析目前已有的 3D 成像路径，判断苹果及后期非苹跟进厂商策略，重点拆解 3D 成像供应链，并对相关零组件市场空间进行测算。 以期投资者通过阅读本分析报告，能对 3D 成像产业链了然于胸。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 4 of 25 1. 3D 成像：维度提升带来交互革命及应用创新 所谓 3D 成像： 普通摄像头只能获得平面图像， 3D 成像即通过 3D 摄像头在获取平面图像的同时获得拍摄对象的深度信息，也就是三维的位置和尺寸信息。 1.1. 维度提升令成像进行下一世代 1.1.1. 过去摄像头只在平面成像效果方面做提升 摄像头最早出现在手机上是在 2000 年，当年 9 月夏普发布了一款内置11 万像素 CCD 摄像头的手机（ J－ SH04）。作为世界上第一款照相手机的 J－ SH04，在当时却并没有引起多大轰动。近 15 年来，手机摄像产业高速发展， 2010 年摄像头在智能手机中的渗透率达 81%，目前几乎是100%。 图 1：第一台摄像手机夏普 J-SH04（ 2000 年） 图 2：最新 iPhone 双摄（ 2016） 数据来源： Sharp 数据来源： AAPL 摄像 功能成为智能手机标配的原因在于近年来摄像头性能大幅提升，体积不断减小，不 再 是过去的鸡肋功能。手机摄像头的像素已从最初的 11万像素上升至目前主流的 1200 万像素，镜头分辨率不断提升，光学防抖（ OIS）、自动对焦等功能不断加入提升成像品种。 然而比较遗憾的是，过去摄像头的升级只在平面成像效果方面，并没有跳出平面，进入更高的维度（三维）。 我们认为如果摄像头仅局限在平面成像阶段，不进入三维（获取深度信息），则无法实现突破性的变革。 表 1： iPhone 摄像头成像能力不断上升，但仅限于平面 手机型号 像素 光圈 镜片数量 传感器尺寸 上市时间 iPhone 4 5MP f/2.8 4P 1/3.2’’ 2010 年 6 月 iPhone 4S 8MP f/2.4 5P 1/3.2’’ 2011 年 10 月 iPhone 5 8MP f/2.4 5P 1/3.2’’ 2012 年 9 月 iPhone 5S 8MP f/2.2 5P 1/3’’ 2013 年 9 月 iPhone 6 8MP f/2.2 5P 1/3’’ 2014 年 9 月 iPhone 6S 12MP f/2.2 5P 1/3’’ 2015 年 9 月 iPhone 7 12MP f/1.8 6P 1/3’’ 2016 年 9 月 iPhone 7 Plus （广角 +长焦双镜头） 12MP 广角 :f/1.8 长焦 :f/2.8 6P 广角 : 1/3’’ 长焦 : 1/3.6’’ 2016 年 9 月 数据来源： AAPL 请务必阅读正文之后的免责条款部分 5 of 25 1.1.2. 维度提升将使成像技术进入下一世代 其实厂商已经意识到二维成像的局限，对三维信息（深度， Z 轴）的获取也一直在努力，例如背景虚化技术。背景虚化是一种退而求其次的方案，其通过 2D 处理实现背景虚化，并非真正的 3D。当然，科学家也尝试利用分析算法对丢失了尺寸、距离等几何数据的 2D 图像进行分析，但能够实现的智能分析功能十分有限。 真正的 3D 成像 ：能够测量视野内空间每个点位的三维坐标信息，可以实现更加正确的物体分割，合适精度的三维测量 ，三维数据的模型重建以及智能视觉识别和分析，令成像技术进入下一世代。 图 3：背景虚化只能模拟深度信息 图 4： 3D 成像能获取真实深度信息 数据来源： Sharp 数据来源：国泰君安证券研究 1.2. 3D 成像带来设备外观、交互方式、行业应用大幅创新 1.2.1. 3D 成像技术带来设备外观创新 目前智能手机配备的主流生物识别技术为指纹识别，也有配备虹膜识别（如三星）、人脸识别（依靠算法，普通 2D 成像）等其他生物识别手段的设备。相对指纹识 别而言，目前的虹膜识别、人脸识别在使用体验上还存在差距。 图 5： 3D 成像人脸识别 图 6：虹膜识别 数据来源： Sense Time 数据来源：三星 3D 成像技术有望融合虹膜识别，同时因为具备深度信息， 3D 成像实现的人脸识别精准度将大大高于传统的 2D 成像设备， 因此具备 3D 成像技术的设备可以取消前置指纹识别模组。 要知道只要正面指纹识别按键存在一天，对屏占比的提高始终是一个阻碍。 iPhone 系列手机屏占比长久以来依 然没有提升，最新的 iPhone 7 只有 65.71%。屏占比对手机的颜值影响非常大，毕竟窄边框看起来更加惊艳，同时更大的屏占比还能带来更小的机身，握持更加舒适。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 6 of 25 图 7：前置指纹识别阻碍屏占比的进一步提升 图 8：屏占比提升带来的惊艳效果 数据来源： AAPL 数据来源：小米 官网 1.2.2. 交互维度提升带来全新行业应用 3D 成像除带来屏占比的提升外，更重要的是大幅度提升交互体验、拓展全新的行业应用。 ? 3D 成像助力体感交互，带 来第三次人机交互革命 人机交互已经实现了二次革命： 1）鼠标、 2）多点触控；随着 3D 成像技术的普及人机交互有望迎来第三次革命： 3）体感交互。 第一次人机交互革命： 早期的人机交互在一维层面上进行，如打字机和DOS 系统的电脑。随着鼠标的发明和可视化图形界面的普及，人机交互迎来了第一次革命。 第二次人机交互革命： 触摸屏的普及以及多点触控的出现，令人机交互进入了二维层面。相比鼠标和键盘，多点触控能更方便、多样的实现输入。 第三次人机交互革命： 我们认为随着 3D 成像的普及，体感技术将快速成熟，带来第三次人机交互革命。体感 技术将带来不需要任何手持设备即可进行人机交互的全新体验，并于 AR 相结合实现 3 维的输入和输出。 图 9：目前主流交互方式为二维触控交互 图 10： 3D 成像助力下体感交互有望快速发展 数据来源：电子信息网 数据来源： Sense Time 3 维的输入才能完美匹配 3 维的输出，真正进入 AR 时代： AR（增强现实）技术通俗而言就是利用摄像头，传感器，实时计算和匹配技术，将真实的环境和虚拟的物体实时地叠加到同一个画面或空间而同时 存在。相比传统成像方式， AR 展现在我们眼前的是 3 维立体的图像，使用者在与 AR 进行交互时候如果仍以 2 维的形式进行，则会造成维度的不匹 请务必阅读正文之后的免责条款部分 7 of 25 配。 通俗一点讲就是， AR 技术必须能识别除屏幕、键盘、指令等传统输入形式另外的指令，例如手势等。 图 11： AR 呈现 3 维的输出需匹配 3 维的输入 数据来源：科技控 ? 全新的行业应用将因 3D 成像技术成熟而出现 除了目前已经广为人知的游戏娱乐应用（如 X-BOX Kinect），未来随着3D 成像技术的普及，在进行网购时拟购买商品可以与配套环境 相融合，显著升级购物体验。 图 12： 3D 成像带来全新购物体验 数据来源：科技控 在行业应用方面， 3D 成像技术应用广泛： 1）提升智能方案领域的分析能力； 2）廉价的实现机器人、无人机等设备的视觉导航； 3）应用于汽车 ADAS，不依赖特征颜色，实现高精度、全天候、复杂场景。 图 13： 3D 成像应用于汽车 ADAS 图 14： 3D 成像行业类应用 数据来源：图漾科技 数据来源 ：图漾科技 请务必阅读正文之后的免责条款部分 8 of 25 总结： 2D 成像技术以臻成熟，唯有通过维度提升向 3D 发展才能继续突破成像技术的局限。 3D 成像通过获取深度信息（ Z 轴），同时融合人脸识别、虹膜识别等功能将带来智能设备的外观创新和交互方式的变革，创造诸多行业新应用。 2. 行业拐点来临，结构光技术将成主流 3D 成技术并不是最近才研发完成的新技术，行业巨头微软、谷歌、苹果等已在该领域布局近 10 年，之前已有各类产品问世。 2.1. 行业巨头布局多年， 2017 年苹果引领带来行业拐点 ? 微软： Kinect 火爆一时，体感交互带来全新游戏体验 微软虽然不是最早研发 3D 成像技术 的厂商，但绝对是最引人注目的厂商。其在 2009 年东京电玩展上发布了针对 XBOX360 的体感周边外围设备 Kinect -1。 Kinect -1 通过捕捉玩家的肢体动作，使得玩家无须使用手柄等与主机相连接的设备就能直接进行游戏。 Kinect -1 一经推出就引起了轰动， 在 Kinect 开售的前 60 天中，即从 2010 年 11 月 4 日至 2011 年1 月 3 日，微软平均每天售出 13.3333 万台 Kinect，共售出 800 万台。这一数据 创造了 吉尼斯世界纪录， Kinect 成为了历史上销售速度最快的消费电子产品，打破了此前由 iPhone 和 iPad 所保持的记录。 图 15：玩家利用 Kinect 进行游戏 图 16： Kinect 设备创下吉尼斯世界纪录 数据来源：微软 数据来源：微软 2015年 1月微软发布了 Hololens全息眼镜，目前该产品仅有开发者版本，消费者版本尚未推出。就产品功能而言， Hololens 是目前市面上最强大的 AR 产品，微软对 3D 成像的技术的探索从未止步。 ? 苹果：收购不断， 2017 年有望应用于 iPhone 苹果涉足 3D 成像领域的时 间较晚，但其近年来的布局确十分充分，通过收购多家 3D 成像技术公司快速切入这一领域。 2013 年苹果公司以 3.45 亿美元的价格收购了以色列传感器公司 PrimeSense。该公司的 3D 扫描技术已经被应用在超过 2000 万台设备上并且可被植入于智能手机及平台电脑上，大名鼎鼎的微软 Kinect-1就是采用 PrimeSense的技术。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 9 of 25 表 2：苹果收购多家 3D 成像相关标的 标的 收购时间 收购金额 标的公司业务 Polar Rose 2011年 2900万美 元 面部识别技术 PrimeSense 2013年 3.45亿美元 三维传感与动作捕捉技术 WiFiSLAM 2013年 2000万美元 室内定位技术 Metaio 2015年 3200万美元 AR 场景构建技术 RealFace 2017年 约 200万美元 面部识别技术 数据来源： AAPL，国泰君安证券研究 事实上，苹果目前已经将 3D 成像技术应用于手机中。在 iPhone 7 和 Plus中，苹果利用意法半导体（ STM）生产的基于 TOF 的 3D 光传感器替代了过去的光电二极管，用于距离感应。 iPhone 7 和 Plus 中 TOF 的 3D光传感器仅用于距离感应，从目前苹果的动作来看，具备空间交互功能的 3D 成像技术很可能将应用于 2017 年新一代 iPhone 手机中。 2.2. 前置 3D 成像将以结构光为主流， ToF 有望后期用于后置 2.2.1. 结构光、 ToF、双目立体视觉为主要 3D 成像技术 目前 3D 成像技术主要有 3 种： 1）结构光； 2） ToF-飞行时间法； 3）双目立体视觉。 图 17：主流 3D 成像技术 数据来源： Google Project Tango ? 结构光 “结构光 ”指一些具有特定模式的光，其 模式图案可以是点、线、面等。结构光 3D 成像的原理是首先将结构光投射至物体表面，再使用摄像机接收该物体表面反射的结构光图案，由于接收图案必会因物体的立体型状而发生变形，故可以试图通过该图案在摄像机上的位置和形变程度来计算物体表面的空间信息。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 10 of 25 图 18：规则光栅的结构光 图 19： PrimeSense 结构光 数据来源： Google Project Tango 数据来源： PrimeSense ? ToF（飞行时间法） TOF 技术是发射一束经过相位调制的红外激光到被测物体，当红外激光被反射回摄像头，会因为光飞行时间的延迟，导致相位跟发射时的相位有微小的变化，通过计算相位的变化，就可以计算出被测物体到摄像头之间的距离。 图 20： ToF 成像原理 数据来源： Google Project Tango ? 双目立体视觉 所谓双目立体成像就是利用两个摄像头捕捉的图像之前的视场角度差，来计算出被测物体到摄像头的距离，当视场角越大说明距离越近，反之则越远。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 11 of 25 图 21：双目立体视觉技术 数据来源：图漾科技 2.2.2. 结构光适用于近距离场景，将成前置 3D 成像主流， 双目立体视觉、结构光和 ToF 这三种 3D 成像技术各有优缺点。 从软件复杂 度角度而言 ： 双目立体视觉主要依靠算法，软件复杂度高，计算量大。 从 功耗角度而 ： ToF 方案功耗高、发热量大。 从测量 准确性角度而言 ： 结构光在室内弱光环境准确性高，但在室外强光干扰下准确度差。 从 结构紧凑型角度而言 ： 结构光方面紧凑型高。 综合比较 3 种方面优缺点，结构光方案适合于消费电子产品前置 3D 成像，用于近距离场景。而 ToF 方案使用于消费电子产品的后置 3D 成像，用于远具体、室外强干扰环境。 表 3：双目立体视觉、结构光和 ToF 三种成像技术 对比 双目立体视觉 结构光 ToF 软件复杂度 高 中 低 材料成本 低 高 中 尺寸、紧凑型 低 高 低 响应时间 中 慢 快 准确性 低 高 中 弱光环境表现 差 优 优 强光环境表现 优 差 优 能耗 低 中 高 测量范围 受限 中 远 数据来源： TI， 国泰君安 证券 研究 从厂商的站队以及产品影响力来看，结构光方案也占据了主流。 采用结构光技术路线代表公司有 PrimeSense（被苹果收购）、 Microsoft、 Intel、Google 等，厂商影响力大，产品接受度高， 是最主流的 3D 成 像实现方法，当前 创业公司几乎都沿用此技术路线。 飞行时间法（ ToF）除在体感游戏外，并无太多应用。双目立体视觉方案因检测范围太小（不足 1米），远距离检测问题很多，导致应用场景太少。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 12 of 25 表 4：厂商对 3D 成像方案的选择 方案 厂商站队 结构光 Microsoft -Kinect 1 代 Apple（ PrimeSense） Google ToF Sony（ SoftKinetic） Microsoft -Kinect 2 代 双目 Intel Realsense LeapMotion 数据来源：国泰君安证券研究 3. 四 大部件组成结构光， 难度各异 上一章我们通过对主流 3D 成像技术优缺点、适用环境的分析，同时综合目前各大厂商的路径选择与产品规划，认为结构光方案将率先应用于手机前置 3D 成像。因此本章将对结构光技术详细展开，完整呈现及原理和构造，对产业链进行梳理。 ? 结构光 3D 成像技术主要由 4 大 部分组成 1）不可见光红外线（ IR ）发射模组： 用于发射经过特殊调制的不可见红外光至拍摄物体。 2）不可见光红外线（ IR） 接收模组： 接收由被拍摄物体反射回来的不可见红外光，通 过计算获取被拍摄物体的空间信息。 3）镜头模组： 采用普通镜头模组，用于 2D 彩色图片拍摄。 4）图像处理芯片： 将普通镜头模组拍摄的 2D 彩色图片和 IR 接收模组获取的 3D 信息集合，经算法处理得当具备 3D 信息的彩色图片。 图 22：结构光方案由 4 部分构成 图 23： PrimeSense 结构光方案示意图 数据来源： CLST 数据来源： PrimeSense 3.1. IR 发射模组：核心部件高壁垒，影响成像效果 IR 发射模组的工作流程主 要为： 1）不可见红外光发射源（激光器或者LED）发射出不可见红外光； 2）不可见红外光通过准直镜头（ WLO）进行校准； 3）校准后的不可见红外光通过光学衍射元件（ DOE）进行 请务必阅读正文之后的免责条款部分 13 of 25 散射，进而得到所需的散斑图案。因为散斑图案发射角度有限，所以需要光栅将散斑图案进行衍射 “复制 ”后，扩大其投射角度。 因此 IR 发射模组主要部件包括：不可见红外光发射源（激光器或者LED）、准直镜头（ WLO）、光学衍射元件（ DOE） ? 不可见红外光发射源：将以 VCSEL 为主流 不可见红外光的发射源主要有 VCSEL（ 垂直腔面发射激光器 ）和红外 LED两种， VCSEL 是以 砷化镓 半导体材料为基础研制，主要包含激光工作物质、崩浦源和光学谐振腔 3 大部分。 图 24： VCSEL 主要由 激光工作物质、崩浦源和光学谐振腔 3 大部分 构成 数据来源： ofweek 相比较而言 VCSEL 光谱准确性更高、响应速度更快、使用寿命更长、投射距离更长，因此比 LED 光源具有明显优势，我们判断 在智能设备中，VCSEL 将成为主流。 目前 VCSEL 主要供应商以光芯片厂商为主，包括Lumentum、 II-VI 和 Finisar，其中 Lumentum 大概率 为苹果 2017 款iPhone 供应商。 表 5： VCSEL 对比 LED，性能领先 VCSEL 红外 LED 指向性 准确 较模糊 光谱宽度 35% 30-35% 相应时间 1ns 5-10ns 功耗 低 中 使用寿命 >5 万小时 <1 万小时 成本 高 低 数据来源： Lumentum ? 准直镜头：预计将以 WLO 工艺为主 由 VCSEL 发出的红外光需要经过准直镜头的校准，准直镜头利用光的折射原理，将波瓣较宽的衍射图案校准汇聚为窄波瓣的近似平行光。准直镜头可以采用传统的光学镜头制造方法，也可以采用 WLO（晶圆级镜头）。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 14 of 25 图 25： 传统 镜头 VS WLO（ 晶圆级镜头） 数据来源 ： Photonics Media 根据传统光学镜头和 WLO 的性能对比， WLO 成本更低、生产效率更高、镜头一致性更好，更适合用于制造准直镜头。同时根据厂商信息， AMS旗下 Heptagon 是该市场领导者， 公司表示将在 2017 年中看到明显的营收增长，我们相信这一预期主要来之苹果的订单。 表 6： WLC VS 传统摄像头模组 项目 WLC 传统模组 尺寸 尺寸小，可以更大限度的节省 PCB 布板空间 有 FPC 及 Connector, 尺寸较大 过回流焊 可以过回流焊，通过 SMT 贴装，节省插件人工 产品为常湿材料，不可以回流焊 调焦一致性 免调焦，光学一致性非常好 生产过程中谳焦，存在精度误差，光学一致性不好 可靠性 WLC 生产工艺采用耐高温材 料，耐 热 性好 生产工艺中多为常温材料，耐 热 性差 线损 WLC 使用中直接与终端电路板焊接，信号损失少，噪声小。 需要电路板做中转，同时还需要 Connector 连接， 成本 使用成本低，产品为标准件，通用性强，方便备料。 定制品，单价及使用成本都很高 构造 简单，故障率低 构造复杂，故障率高 数据来源： AMS， 国泰君安证券研究 ? 光学衍射元件（ DOE） 经过准直镜头校准后的激光束并没有特征信息，因此下一步需要对激光束进行调制，使其具备特征结构，光学衍射元件（ DOE）就是用来完成这一任务的。 VCSEL 射出的 激光束经准直后，通过 DOE 进行散射，即可得到所需的散斑图案（ Pattern）。由于 DOE 对于光束进行散射的角度（ FOV）有限，所以需要光栅将散斑图案进行衍射 “复制 ”后，扩大其投射角度。 下图 44 为准直后的激光束， 48 为 DOE， 50 为光栅。 图 26： PrimeSense 光学衍射元示意图 图 27： PrimeSense 激光散斑示意图 数据来源： PrimeSense 数据来源： PrimeSense 请务必阅读正文之后的免责条款部分 15 of 25 光学衍射元件 DOE 的制造门槛较高，预计将由台积电采购玻璃后进行pattern，精材科技将台积电 pattern 后的玻璃与 VCSEL 进行堆叠、封装和研磨，然后交采钰进行 ITO 工序，最后由精材科技进行切割。 3.2. IR 接收模组：窄带滤光片为国内厂商主要机会 IR 接收模组用于对被拍摄物体反射的红外光 进行 接受和处理，获取被拍摄物体的空间信息。 IR 接收模组主要由 3 部分组成： 1）特制红外 CMOS；2）窄带滤光片； 3）镜头 Lens； ? 特制红外 CMOS 接收端 CMOS 的要求是其能接受被拍摄物体发射回来的红外散斑图案，不需要对其他波长的光线进行成像。 相对普通 RGB CMOS 而言，红外CMOS 是一个相对小众的市场，但是增速很快，目前主要厂商包括：意法半导体、奇景光电、三星电子、富士通等。 ? 窄带滤光片 在 IR 发送端， VCSEL 发射的是 940nm 波长的红外光，因此在接受端需要将 940nm 以外的环境光剔除，让接受端的特制红外 CMOS 只接收到940nm 的红外光。为达到这一目的，需要用到窄带滤光片。 所谓窄带滤光片， 就是在特定的波段允许光信号通过，而偏离这个波段以外的两侧光信号被阻止，窄带滤光片的通带相对来说比较窄，一般为中心波长值的 5%以下。窄带滤光片主要采用干涉 原理，需要几十层光学镀膜构成，相比普通的 RGB 吸收型滤光片具有更高的技术难度和产品价格。 目前业内主要厂商为 VIAVI（ JDSU 拆分而来）和国内的水晶光电。 图 28：窄带滤光片让特定波长的光线通过 数据来源 ： Photonics Media ? 接收端镜头（ Lens） 接收端镜头为普通镜头，业内方案成熟，大立光、玉晶光、 Kantatsu 等厂商都能提供。 总体而言，接收端除窄带滤波片较特殊，制造难度较高外，特征红外CMOS 和镜头都是成熟产品，不存在制造难度。 请务必阅读正文之后的免责条款部分 16 of 25 3.3. 镜头成 像端：产业链成熟，非增量业务 镜头成像端就是指目前智能手机的手机镜头模组，主要包含 ：音圈马达（ Voice Coil Motor， VCM），镜头（ Lens），红外截止滤光片（ IR-Cut Filter，IRCF），图像传感器（ CMOS Image Sensor）以及印刷线路板（ Printed Circuit Board， PCB）。产业链成熟，供应商众多，在此不再赘述，同时3D 成像的兴起对镜头成像端而言并无变革。 图 29： 常见手机摄像头 图 30：镜头成像端结构 数据来源： AAPL 数据来源： AAPL 3.4. 3D 图像处理芯片：难度高，突破难 3D 成像所需的图像处理芯片和一般的图像处理芯片有所区别，其通过复杂的算法将 IR 接收端采集的空间信息和镜头成像端采集的色彩信息相结合，生成具备空间信息的三维 图像 。该芯片设计壁垒高，目前供应商仅为几个芯片巨头，包括 STM（意法半导体）、 TI（德州仪器）、 NXP（恩智浦）。 图 31：图像处理芯片工作原理 数据来源 ： CLST 请务必阅读正文之后的免责条款部分 17 of 25 4. 未来
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本文标题：3D成像，人工智能时代人机交互的革命性创新-170507 （25页） 链接地址：
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