圖像傳感器是當今應用最普遍、重要性最高的傳感器之一。其主要採用感光單元陣列和輔助控制電路獲取對象景物的亮度和色彩信號，並通過複雜的信號處理和圖像處理技術輸出數位化的圖像信息。圖像傳感器中的感光單元一般採用感光二極體（photodiode）實現光電信號的轉換。感光二極體在接受光線照射之後能夠產生電流信號，電流的強度與光照的強度成正比例關係。
圖像傳感器是手機攝像頭模組的核心組件
圖像傳感器主要分為 CCD 圖像傳感器和 CMOS 圖像傳感器兩大類。 CCD 和 CMOS都是利用感光二極體進行光電轉換，將圖像轉換為數位訊號，但二者在感光二極體的周邊信號處理電路和感光單元產生的電信號的處理方式不同。 CMOS（Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補金屬氧化物場效應管）技術作為後起之秀，從 90 年代開始被重視並獲得大量研發資源，逐步趕超 CCD（Charge-Coupled Device，電荷耦合器件），當前已經在圖像傳感器市場佔據絕對的主導地位
CMOS 傳感器優勢突出，
已佔圖像傳感器市場9成份額
CMOS 傳感器實際上是一個高度集成的圖像系統。 當外界光線照射到 CMOS 傳感器上的時候：（1）傳感器擁有的像素陣列會發生光電效應；（2）光電效應使得像素陣列上的每個像素單元產生對應外界色彩和亮度的電荷信號；（3）信號會被模數轉換電路轉換成數字圖像信號；（4）數位訊號經過集成於同一晶片上的 ISP 處理後輸出。簡單來說，CMOS傳感器就像一組太陽能電池矩陣，每個像素就是矩陣中的一個電池，每個電池按照前方的亮度和色彩排布進行充電，之後統計每個電池的電量，就能得出對應的亮度和色彩，從而還原出現實的景象。
CMOS 傳感器將圖像感知和信號轉換功能集成到了一塊晶片上
CMOS 圖像傳感器近年來增長迅速，已接近全面替代 CCD 傳感器。據 IC Insights 統計，2017 年 CMOS 傳感器銷售額佔整個圖像傳感器銷售額比例為 89%（這一數字在 2007年僅為 54%），出貨量佔圖像傳感器總出貨量的 81%。
2017 年 CMOS 傳感器的出貨量佔比達 81%
我們認為 CMOS 傳感器憑藉優異的性價比，將繼續保持絕對的優勢地位，並繼續擠壓CCD 的市場空間。 1）CMOS 圖像傳感器晶片採用了適合大規模生產的標準流程工藝，批量生產時，單位成本遠低於 CCD；2）CMOS 傳感器將圖像採集單元和信號處理單元集成到同一塊基板上，縮小了體積的同時還保持著低功耗和低發熱，非常適合行動裝置和各類小型化設備；3）相比之下，CCD 傳感器成本上不具有優勢，且體積大，發熱大，功耗高，基本無法適用於現今多數電子產品上。
與 CCD 傳感器相比，CMOS 傳感器各方面的優勢突出
終端應用爆發，
CMOS 傳感器 5 年 CAGR 10%以上
CMOS 傳感器今年銷售額有望達到 137 億美金，同時其出貨量將繼續保持 10%以上年均增速。得益於車載應用、機器視覺、人臉識別與安防監控的快速發展，以及多攝像頭手機廣泛普及，CMOS 圖像傳感器市場規模不斷擴大。根據 IC Insights 統計，2017 年全球 CMOS 圖像傳感器銷售額為 125 億美元，同比增長 19%；預計 2018 年將達到 137 億美元，同比增長 10%。預計 2017-2022 年出貨量 CAGR 達 11.7%，銷售額的 CAGR 為8.8%。 至 2022 年，CMOS 傳感器的全球銷售額將達到 190 億美金。
CMOS 圖像傳感器市場將從 07 年的 40 億美金增長到 22 年的 190 億美金
手機是 CMOS 傳感器的最大應用市場，汽車、安防等新應用領域高速成長。 2017 年手機用 CMOS 傳感器市場規模佔整體應用市場的 62%，達 77.5 億美元，預估 2022 年手機 CMOS 傳感器的市場營收規模將可達 86 億美元。而在未來幾年，汽車、安防監控、醫療、玩具/電玩與工業等將成為帶動 CMOS 傳感器高速發展的主要動力。
2015/2020 年 CMOS 傳感器在各應用領域的市場規模比重
1）安防監控領域：安防監控離不開視覺信息的獲取，必須依賴圖像傳感器，隨著整個安防監控行業規模的不斷擴大，預估到 2020 年該領域 CMOS 圖像傳感器的市場規模將達到 9.12 億美元，佔到行業市場份額的 6%。
2）汽車電子領域：是圖像傳感器增長最快的細分市場，近年來 CMOS 圖像傳感器已經安裝在汽車倒車影像、防碰撞系統之內，而由於未來的新車將標配 ADAS（高級駕駛輔助系統），以及自動駕駛技術的發展，汽車廠商將會為自家車輛產品導入更多攝像頭來獲取外界信息。而每增加一個攝像頭，就需要增加一塊 CMOS 傳感器，所以車載應用將是CMOS 圖像傳感器各主要應用市場中增速最快的方向。 根據 YOLE 的最新預測，車載圖像傳感器市場空間將從 2016 年的 22 億美金增長至 2022 年的 77 億美金，是車用傳感器（包括各類雷達、 壓力傳感器、慣性傳感器等）中增長最快、 佔比最高的細分產品。同時，汽車市場也將成為僅次於手機的第二大 CMOS 傳感器應用領域。
車載領域將成為 CMOS 傳感器第二大應用市場
3）醫療/科研領域：以往醫療和科研領域主要使用 CCD 傳感器，隨著技術的進步，現今醫療和科研領域則在謀求使用成本更低效果更好的 CMOS傳感器來替代大部分老舊產品，這一應用領域預計有 34%年複合增長率，2020 年銷售額 8.67 億美元。
4）工業系統領域：隨著機器視覺的發展，越來越多的工業生產線會引入圖像傳感器來提高生產效率和質量，預計該領域年複合增長率 18%，2020 年銷售額 8.97 億美元。
在 AI 技術的驅動下，CMOS 傳感器在各個領域的應用廣度會持續增加
在 CMOS 傳感器的應用場景不斷豐富、終端對性能的需求不斷加碼的背景下，CMOS傳感器正在加速技術迭代，各大廠商頻頻發布新的「黑科技」 。以成像質量（尤其是弱光環境）、成像速度這兩大基本需求為例，業內已提出了豐富的解決方案：
1）弱光環境下的成像能力對手機、相機和行業應用圖像傳感器來說都是一個很重要的能力，尤其是需要全天候運作的安防與車載圖像傳感器。業界通用的解決方法就是提升傳感器面積和進光量，加大單位像素麵積。除了這種通法之外，還有使用 BSI-CMOS（背照式 CMOS 圖像傳感器）和近紅外光技術兩種方法。
受益於背照式技術與近紅外光技術，暗光環境下的 CMOS 傳感器成像質量顯著改進
2）高速傳感器能更好的拍攝移動中的物體，提供多幀降噪、慢動作視頻拍攝和減少畫面失真等功能，對手機拍照、交通監控和汽車自動駕駛領域有重要意義。當相機、被攝對象之間存在高速相對位移時（如拍攝高爾夫球揮桿動作、在行駛的車輛上拍攝路邊的燈杆等），畫面會出現直線發生彎曲、圖像邊緣模糊、部分畫面曝光錯誤等問題，這就是果凍效應。而果凍效應的根源就是感光元件無法做到快速採集全部像素，因此，高速傳感器應運而生。
針對果凍效應，目前業界給出兩種解決方案：一種是面對手機等消費類電子領域推出的配備 DRAM 的三層堆棧式圖像傳感器，通過在傳感器上集成的 DRAM 直接儲存數據來完成高速攝影和拍照。 另一種是面對行業應用推出的全局快門傳感器，相比逐行曝光的傳統滾動快門傳感器，全局快門能整個傳感器同時曝光來擷取不失真的運動物體圖像，這對機器視覺和安防領域有重大意義。
為實現高速成像能力，CMOS 傳感器發展出兩條主要技術路徑
除了對成像質量和成像速度的要求外，還有在醫療領域需要的小型化（豪威的醫用內窺鏡 CMOS 傳感器僅 0.5mm 見方）；在汽車領域需要的高可靠性高靈敏度；物聯網領域大範圍應用所需要的低成本等。 在技術演進和需求升級的共同推動下，CMOS 傳感器快速演進。
索尼/三星/豪威領跑，
國內廠商主攻中低端市場
CMOS 傳感器屬於典型的可以進行大規模批量生產的半導體產業，規模效應明顯，需要較大的前期投入才能產出結果，這也導致了這一行業強者恆強。目前 CMOS 傳感器廠商有數十家，但是據 YOLE 的統計，在 2016 年行業前三的廠商索尼、三星、豪威的市場佔有率之和達到了 72%，市場集中度高。
2016 年 CMOS 傳感器集中度提升，三巨頭市佔率之和為 72%
索尼穩坐 CMOS 傳感器市場頭把交椅，三星和豪威緊隨其後。據 YOLE 統計，行業龍頭索尼在 2016年佔據了 42%的市場份額，產品涵蓋各個消費類電子到各類行業應用領域，主攻高端市場，技術實力最強。其次是三星，主攻消費類電子市場，多是自產自銷，在技術上緊追索尼，已經可以提供與索尼同級別的 CMOS 產品，但三星的 CMOS 在行業應用領域相對較少。第三位豪威科技，在行業應用上有很深的積累，尤其是在車載 CMOS 領域，市場佔有率高過索尼。
三家 CMOS 傳感器龍頭廠商中，索尼在規模上有顯著優勢
在下遊各領域的旗艦和主流產品中，絕大部分採用了三巨頭的 CMOS 傳感器方案。 可以看到，近期市場熱門的幾款手機都是採用索尼、三星與 OV 的 CMOS 傳感器，這三家廠商把持著大部分消費類電子領域 CMOS 傳感器的市場份額。而在汽車和安防等行業應用領域一般都是選用安森美，OV 與索尼三家的產品，三星的 CMOS 一般只見於自家的終端產品上。
熱門手機採用的 CMOS 多為索尼與三星、豪威的產品
除了佔據主流市場的三巨頭外，還有定位於特高端、 低端市場的兩類玩家。但在市場規模以及下遊客戶群方面，都無法和主流市場相媲美。 後兩小節我們先介紹索尼、 三星以及國內部分廠商的 CMOS 傳感器情況，關於豪威我們會在第 3 章重點介紹。
CMOS 傳感器三大梯隊廠商在出貨量、 ASP 上存在較大差異
隸屬於索尼半導體部門的 CMOS 傳感器業務，已經成為索尼最賺錢的支柱業務之一。早在在 CMOS 圖像傳感器大面積應用之前，索尼的 CCD 圖像傳感器憑藉靈敏度、信噪比等優勢，在監控、交通等領域得到廣泛應用。隨著 CMOS 圖像傳感器逐漸成為主流，索尼依靠在 CCD 時代積累下來的雄厚技術實力，繼續領跑。 其 2016 年 CMOS 傳感器銷售額達 48.58 億美元，佔整個半導體部門營收的 70%。而在 2017 財年（2017 年 4 月 1 日到2018 年 3 月 31 日）財報中，半導體業務拜 CMOS 熱銷所賜，銷售額達到了 8500 億日元（折合約 77.9 億美元），同比增長達 10%；營業利潤高達 1640 億日元（折合 15 億美元），創歷史新高。
經過多年發展，索尼在技術上已然領跑業界，產品性能優異，新技術層出不窮，迭代迅速，其他對手短時間內難以撼動其領先地位。在消費類電子領域，索尼最具代表性的技術是堆棧式傳感器技術。堆棧式傳感器一經推出就受到了行動裝置廠商的追捧，索尼也在此基礎上進一步研發了帶 DRAM 的三層堆棧式傳感器。
索尼率先開發出了堆棧式傳感器技術
在行業應用上，索尼有 STARVIS 和 Pregius 兩個主打技術。其中 STARVIS 主要用於安防領域，是將背照式 CMOS 的感光度進一步進行增強的技術，不僅增強了可見光的感光度，還提高了監控攝像機利用頻度較高的近紅外光等寬廣波長範圍的光的利用效率。而Pregius 是索尼對自家全域快門技術（Global shutter）的稱呼，其原理是在像素下部增加存儲單元，在曝光時所有像素同時曝光並將信息保存到對應的存儲單元之中，以避免果凍效應。該技術主要用於工業機器視覺領域。
索尼的 STARVIS 技術讓 CMOS 感光度進一步增強
在產品上，索尼已經建立了業界最完善的 CMOS 產品線，涵蓋各個領域，把持住中高端領域的市場份額。在消費類電子領域，無論手機還是相機，索尼 CMOS 已經成了各大廠商最常見的選擇和高端產品的標配，例如 2017 年下半年發布的 IMX400 系列 CMOS，一經推出就受到了各大廠商的追捧，今年年初因拍照能力出眾而大放異彩的華為 P20 PRO，也採用了索尼最新的 IMX600 傳感器。而在多數行業領域，尤其是在安防和工業視覺這類細分領域上，索尼也屬於領導者，只有在部分高端領域仍不及 Teledyne Dalsa、安森美和e2v 這些老牌工業級圖像傳感器供應商。
索尼的主要 CMOS 產品
三星的消費類 CMOS 傳感器一直緊追索尼不放，並逐步縮小技術上的差距。如今，索尼面向手機的新 CMOS 一推出，三星就能緊隨其後發布性能表現類似的產品，例如索尼發布三層堆棧 CMOS 傳感器 IMX400 後不久，三星就推出了對標的產品 S5K2L3，並混用在自家的 S 和 Note 系列旗艦產品上，性能表現優異。近幾年來三星對自家旗艦機主攝像頭CMOS 都採用混合供貨的原則，不同地區不同版本手機分別採用索尼 IMX 系列和三星ISOCELL 傳感器。
2013 年，三星推出了 ISOCELL 技術，使得其 CMOS 傳感器性能有了質的提升。 事實上，在 Galaxy S5 之前，三星傳感器基本上只會出現在入門級別千元機；其後三星在Galaxy S5 搭載了使用 ISOCELL 技術的 CMOS，其表現得到了市場認可，又恰逢索尼的CMOS 出現缺貨潮，已有知名度的三星 CMOS 傳感器藉此推廣，國內的華為、魅族、小米、OPPO 等廠商部分機型也開始嘗試使用。從此三星 CMOS 打開了通往中高端市場的大門。
三星 ISOCELL 技術使得像素之間串擾現象減少
而在行業應用領域，三星相比競爭對手較為落後。在車載 CMOS 領域，三星的份額幾乎為 0，在安防領域等其餘行業應用領域，三星的 CMOS 基本處於自產自銷的狀態。但是三星 CMOS 業務背靠的是整個三星集團，在各個產品條線上應用潛力很大。憑藉三星集團雄厚的財力和資源扶持，未來三星的 CMOS 傳感器業務有望積累更強的競爭力。
三星主要 CMOS 傳感器產品
國內 CMOS 廠商：
主要面向中低端市場，積極發展自主技術
總體來說，國內的 CMOS 傳感器廠商在規模和技術上與國外廠商還存在一定的差距，產品主要用於中低端消費類電子領域。但是，一些國內領先的 CMOS傳感器廠商如思比科、格科微等，依託自主核心技術，正逐步擴大份額、 向中高端市場滲透。
一、思比科（Superpix）
思比科微電子技術股份有限公司成立於 2004 年，是專門從事 CMOS 圖像傳感器研發和銷售的 Fabless 廠商。公司基於自主核心技術「超級像素信號處理技術（SuperPix）」和「超級圖像處理技術（Superlmage)」開發了大量國內性能領先的 CMOS 圖像處理器。主打低像素 CMOS 產品，主要產品涵蓋了 30 萬像素、 130 萬像素、 200 萬像素和 500 萬像素範圍，價格均比較便宜，在中低端市場認可度較高，被廣泛用於手機攝像頭、平板電腦攝像頭和電腦攝像頭上。
已經在中低端領域站穩腳跟的思比科，正謀求向中高端領域進發。 2015 年後，公司開發了 800 萬像素和 1200 萬像素晶片產品，並成功投放市場，取得了不錯的反響，其 CMOS產品也打進了一些熱門手機的供應鏈，如 360 推出的 N7 手機。
思比科主要產品
除上述應用領域之外，思比科在指紋識別、虹膜識別、醫療影像、測繪等高附加值特種傳感器晶片方面的研發取得了一些創新成果：
（1）與合作夥伴合作，思比科研製成功了高精度光學式指紋識別傳感器晶片和超薄型光學式指紋識別模組。該技術可提供更高的解析度和活體特徵，大幅度提高指紋識別的安全性。
（2）虹膜識別圖像傳感器晶片被合作夥伴用於虹膜識別手機、虹膜識別平板電腦和智
能門鎖等新產品之中。
（3）醫療內窺鏡 CMOS 圖像傳感器晶片應用於心血管微創手術和胃鏡內窺鏡等醫療
設備。
（4）觀測設備用 CMOS 圖像傳感器晶片應用於國產觀測設備。
（5）機器視覺晶片應用於點讀筆、無人機懸停定位、工業測距等領域。
公司於 2015 年在新三板掛牌，也是韋爾股份正在推動的資產重組的標的公司之一。公司 2016 年和 2017 年營業收入分別為 4.61 億元和 4.62 億元，淨利潤分別為 292 萬元和-1488 萬元。利潤降低主要原因是手機市場增長放緩，對中低端 CMOS 產品的需求減弱，且中低端市場競爭激烈，導致產品售價與毛利率下滑，進而影響了利潤。
思比科近年業績及毛利率情況
二、格科微（GalaxyCore）
格科微成立於 2003 年，主要從事 CMOS 圖像傳感器、 LCD 驅動晶片、高端嵌入式多媒體 SOC 晶片及應用系統的設計開發和銷售。在成立初期，格科微從電腦攝像頭用的CMOS 起步，07 年起進軍到手機領域，藉助著中國手機快速成長的一波浪潮，迅速佔領了中低端市場。
2014 年，格科微 CMOS 圖像傳感器晶片的出貨量超過 9.4 億顆，LCD 驅動晶片的出貨量超過 1 億顆，全年銷售總額突破 3.5 億美金，在國內 CMOS 圖像傳感器晶片的出貨量排名第一，全球市場出貨量排名第二。但在此之後格科微進軍高端市場不利，中低端市場面臨思比科等的強力衝擊。
格科微重大技術突破
國內其他主要的CMOS 廠商包括比亞迪微電子、 長光辰芯、銳芯微等。
老牌廠商豪威科技正在蓄勢騰飛
之前被國內資本收購的豪威科技，也是傳感器領域的一個重要角色，因為其本身位置特殊性，我們在這裡特意分開來說。
豪威科技(Omnivision，簡稱 OV)於 1995 年於美國加利福尼亞成立，是一家領先的數字圖像處理方案提供商。其 CameraChip 和 AmeraCubeChip 系列 CMOS 圖像傳感晶片廣泛應用於消費級和工業級應用。 美國豪威於 2000 年在納斯達克上市，中國財團於2016 年完成對美國豪威的私有化交易，並計劃登陸 A 股。 2018 年 5 月，韋爾股份披露公告，重啟了對豪威的收購。
豪威的重要發展裡程碑
豪威在 CMOS 傳感器市場佔有率約 12%，與第二梯隊拉開了差距。 豪威 2015、 2016年 CMOS 傳感器銷售額分別達到 12.5 億美元、 14.4 億美元（據 YOLE 統計數據），市佔率分別為 12.2%和 12.4%。這一規模僅次於索尼和三星，是排名第四位的安森美的 2 倍。
公司下遊應用領域主要涉及智慧型手機、車載攝像頭、醫療攝像頭、監控設備、無人機、VR/AR 攝像頭等方面。 根據 BDO 編寫的 CCD/CMOS 圖像傳感器市場分析析報告，豪威在安防領域的市佔率達 56%，在汽車領域的市佔率有 29%。除此之外，豪威在醫療影像市場、物聯網市場和特種應用市場等諸多新興領域也表現出快速發展的態勢。
豪威作為 CMOS 領域深耕已久的廠商，具備業內領先的技術實力。 截至 2018 年 5 月底，豪威擁有 4060 項專利技術；2017 年研發投入超過 10 億元，佔營業收入 10%以上；在全球多地設立了分支機構和研發中心，具有和索尼等一較高下的實力。
豪威科技專利數量保持快速增長態勢
CMOS 傳感器是豪威主要收入來源，其佔主營業務比重連續三年超過 94%，且毛利率穩中有升，從 2016 年的 16.54%增長到 2018 年 1-5 月的 24.83%。 主要用於支持 CMOS傳感器的 ASIC 晶片毛利率較高，且有明顯的上升趨勢。此外，矽基液晶投影顯示晶片（LCOS）毛利率降幅明顯，主要原因為產品結構調整，新產品仍處於磨合階段；微型影像模組封裝(Camera Cube Chip）毛利率均為負數，主要是由於設備折舊成本高。這兩類產品在公司業務中佔比極小，不會對公司盈利造成明顯影響。
豪威 2018 年 1-5 月分產品收入佔比
在 2011 年之前，豪威是 CMOS 傳感器市場的老大，但此後遭遇競爭對手夾擊。 索尼在 2010 年的市場份額還僅為 7%左右，但由於豪威在 2011 年丟掉蘋果手機訂單，同時大量高端旗艦手機轉投索尼的懷抱，從 2011 年後索尼傳感器就一路高歌猛進，市場份額不斷提升，甚至在 2014 年開始出現了供不應求的情況。三星成功利用這一機遇打進了供求關係相對緊張的 1300 萬像素傳感器市場，得以被大量手機品牌廠商採用，一舉超過了豪威成為了市場第二。在低端市場，豪威也面臨中韓廠商的衝擊。好在豪威依然憑藉出色的技術維持住了市場份額，並逐漸與市場的第二梯隊拉開了差距。
近來，韋爾股份對豪威再次發起了收購，不同於索尼和三星，它沒有自己的代工廠，也沒有背後的商業帝國。所以豪威此前常常會遇到產能不足和代工廠技術洩密的困擾。豪威若與韋爾股份強強聯手，有望藉助與中國資本市場深度對接的優勢，更好的在技術革新、建立合作關係及資金籌集這三個方面下功夫，建立產能穩定的代工封測體系，對接國內大量客戶資源，以迎接 CMOS 傳感器領域巨大的發展機遇，開啟發展新紀元。