技术前沿——车载镜头

车载镜头的“车规级”性能需求

车载摄像头作为ADAS传感器的重要组成，整体市场正处在快速增长之中。说到车载摄像头，大家的关注点可能更多的放在了目前产业链上CMOS传感器、芯片半导体缺货的大难题上。但在生产细节方面，聊得比较少。这里，小编跟大家探讨一下细节之一——前装车厂的硬性要求：“车规级”车载摄像头产品。

一般来说，“车规级”是品质的代名词，意味着严格的产品性能。这是因为在各类产品应用中，汽车产品会遇到各种极端环境，比如说，夏天阳光暴晒下产生的超高温度与冬天北方零下数十度的超低温、雨天及高压洗车带来的损害。此外，汽车安全涉及驾驶员与乘客的生命安全，因此，“车规级”要保证产品在这些极端环境下都能正常使用。

一、车载摄像头车规级的基本要求

对于车载摄像头产品而言，其基本的车规级大致包含以下七个方面：
1. 耐温 ：需在-40℃~85℃范围内都能正常工作，且能适应温度的剧烈变化；2. 抗震：车辆在不太平坦的路面行驶会产生较强的震动，因此必须能抗各种强度的震动；3. 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；4. 防水 ：车载摄像头密封要非常严实，满足在雨水中浸泡数日仍可正常使用；
图 防水防尘等级分类
5. 使用寿命 ：使用寿命至少为8~10年才能满足要求；6. 高动态：车辆行驶速度快，摄像头面对的光线环境变化剧烈且频繁，要求摄像头的CMOS 具有高动态特性；7. 低噪点：在光线较暗时能有效抑制噪点，特别是要求侧视和后视摄像头即使在晚上也能清楚的捕捉影像。
以上只是大致要求，针对不同应用环境，还会有更细化的要求，比如说环视需要超广角，一般起码在135°以上，据了解，210°的也有应用。

二、不同应用位置的车规级镜头

车载镜头作为摄像头的核心光学组件，除了对极冷极热环境的耐受性、使用寿命、防水防尘等基本要求外，不同位置的镜头其光学性能会存在一定差异。 下面，我们从前视（ADAS）、后视、环视和内视（手势识别、面部识别（眼球监控）等）以及智能电子镜，来聊聊不同产品的镜头特性。

1. 前视（包括ADAS、自动驾驶传感器）

前视镜头主要应用在车道偏离预警、智能远光灯控制、前车碰撞预警、超速预警、ACC巡航等场景中。
其光学需求为：

持续稳定的聚焦特性和热补偿特性，能在不同温度工况下保持稳定性

高通光特性，保证低照明条件下的良好成像效果

清晰成像效果，能够有效捕捉和分辨物体细节

杂光、鬼影控制，要能够改善车大灯等正面强光干扰

图 舜宇光学前视镜头产品

2. 后视/环视

后视传感器应用于泊车辅助、自动泊车等场景中。环视镜头在后视镜头的基础上扩大了视野范围，可以呈现完整的车身环境和做一些简单的识别。 图 大陆环视摄像头
后视传感器与环视传感器对镜头特性要求类似，大致分为以下几点：

防水性能要求高

优秀的温度特性，以保证高清晰度效果

光畸变校正，提供较真实的实景

3. 内视

内视传感器能够应用于手势识别、人机交互，以及面部表情识别（疲劳监测）等场景中。
因此：内视传感器镜头涉及不同波段的问题，针对不同的识别，波段选择不同，需要将一定的光过滤掉。
吉利与瑞典Smart Eye公司合作，利用Smart Eye公司的人工智能（AI）驱动驾驶员监控（DMS）技术

4. 智能电子镜

智能电子镜分为智能电子后视镜（FDM）和智能外后视镜（CMS），智能电子后视镜的视野范围是传统后视镜的3倍。如今，全球范围内，摄像头代替车辆外后视镜的政策正在推进中。 CES2020，Gentex 公司和阿斯顿·马丁展示基于摄像头的后视系统。
智能电子后视镜对镜头的需求为：

需要改善车大灯照射引起的鬼影杂光

画面整体解像度要均匀

车载摄像头市场与应用

近年来，道路交通事故频发，行车安全车载摄像头作为ADAS传感器的重要组成，整体市场正处在快速增长之中。说到车载摄像头，大家的关注点可能更多的放在了目前产业链上CMOS传感器、芯片半导体缺货的大难题上。但在生产细节方面，聊得比较少。这里，小编跟大家探讨一下细节之一——前装车厂的硬性要求：“车规级”车载摄像头产品。

一般来说，“车规级”是品质的代名词，意味着严格的产品性能。这是因为在各类产品应用中，汽车产品会遇到各种极端环境，比如说，夏天阳光暴晒下产生的超高温度与冬天北方零下数十度的超低温、雨天及高压洗车带来的损害。此外，汽车安全涉及驾驶员与乘客的生命安全，因此，“车规级”要保证产品在这些极端环境下都能正常使用。

一、车载摄像头车规级的基本要求

对于车载摄像头产品而言，其基本的车规级大致包含以下七个方面：
1. 耐温 ：需在-40℃~85℃范围内都能正常工作，且能适应温度的剧烈变化；2. 抗震：车辆在不太平坦的路面行驶会产生较强的震动，因此必须能抗各种强度的震动；3. 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；4. 防水 ：车载摄像头密封要非常严实，满足在雨水中浸泡数日仍可正常使用；
图 防水防尘等级分类
5. 使用寿命 ：使用寿命至少为8~10年才能满足要求；6. 高动态：车辆行驶速度快，摄像头面对的光线环境变化剧烈且频繁，要求摄像头的CMOS 具有高动态特性；7. 低噪点：在光线较暗时能有效抑制噪点，特别是要求侧视和后视摄像头即使在晚上也能清楚的捕捉影像。
以上只是大致要求，针对不同应用环境，还会有更细化的要求，比如说环视需要超广角，一般起码在135°以上，据了解，210°的也有应用。

二、不同应用位置的车规级镜头

车载镜头作为摄像头的核心光学组件，除了对极冷极热环境的耐受性、使用寿命、防水防尘等基本要求外，不同位置的镜头其光学性能会存在一定差异。 下面，我们从前视（ADAS）、后视、环视和内视（手势识别、面部识别（眼球监控）等）以及智能电子镜，来聊聊不同产品的镜头特性。

1. 前视（包括ADAS、自动驾驶传感器）

前视镜头主要应用在车道偏离预警、智能远光灯控制、前车碰撞预警、超速预警、ACC巡航等场景中。
其光学需求为：

持续稳定的聚焦特性和热补偿特性，能在不同温度工况下保持稳定性

高通光特性，保证低照明条件下的良好成像效果

清晰成像效果，能够有效捕捉和分辨物体细节

杂光、鬼影控制，要能够改善车大灯等正面强光干扰

图 舜宇光学前视镜头产品

2. 后视/环视

后视传感器应用于泊车辅助、自动泊车等场景中。环视镜头在后视镜头的基础上扩大了视野范围，可以呈现完整的车身环境和做一些简单的识别。 图 大陆环视摄像头
后视传感器与环视传感器对镜头特性要求类似，大致分为以下几点：

防水性能要求高

优秀的温度特性，以保证高清晰度效果

光畸变校正，提供较真实的实景

3. 内视

内视传感器能够应用于手势识别、人机交互，以及面部表情识别（疲劳监测）等场景中。
因此：内视传感器镜头涉及不同波段的问题，针对不同的识别，波段选择不同，需要将一定的光过滤掉。
吉利与瑞典Smart Eye公司合作，利用Smart Eye公司的人工智能（AI）驱动驾驶员监控（DMS）技术

4. 智能电子镜

智能电子镜分为智能电子后视镜（FDM）和智能外后视镜（CMS），智能电子后视镜的视野范围是传统后视镜的3倍。如今，全球范围内，摄像头代替车辆外后视镜的政策正在推进中。 CES2020，Gentex 公司和阿斯顿·马丁展示基于摄像头的后视系统。
智能电子后视镜对镜头的需求为：

需要改善车大灯照射引起的鬼影杂光

画面整体解像度要均匀

愈发重要，同时随着自动驾驶技术、ADAS相关技术的需求不断提升，车载摄像头产业将会迎来新一轮发展高潮。

全球车载摄像头主要由欧日美巨头垄断，全球前十企业合计市场份额高达96%

车载摄像头主要由镜头组、CMOS传感器、模组组件、DSP传感器等部件组成。美国、日本、欧洲是车载镜头的技术领先市场，未来中国市场需求有较大的增长潜力，车载摄像头市场是少数垄断市场。 从全球竞争格局来看，2018年全球车载摄像头行业市场份额前三为松下(Panasonic)、法雷奥(Valeo)和富士通(Fujitsu)，市占率分别为20%、11%和10%，前三大企业总市场份额为41%，全球前十企业合计市场份额高达96%，行业集中度处于较高水平。

我国车载摄像头镜头方面已经取得成功突破，出货量已位居全球第一

我国汽车市场占全球比例超过三分之一，但是国内车载摄像头市场，尤其是高端车载摄像头主要被松下、索尼、德国大陆等日欧国际巨头企业占据，国产车载摄像头的市场份额占比较低。随着我国车载摄像头企业加速推进自主摄像头的研发和产业化，当前形成一批知名度较高的企业，有同致电子、豪恩科技、智华电子等，但总体上规模仍然较小，难以与国际龙头企业抗衡。

国产车载摄像头

当前，国内企业在车载摄像头镜头方面已经成功取得突破，舜宇光学、欧菲光(O-Film)等厂商拥有手机摄像头领域工艺经验，市场占有率较高，已进入车载摄像头镜头行业。舜宇光学2004年进入车载镜头领域，2014年开始车载模组业务，自2012年起，舜宇车载摄像头镜头连续7年出货量位居全球第一，市场占有率接近40%，成为行业领导者，合作伙伴包括特斯拉、奔驰、宝马、博世、大陆、Denso、Mobileye等诸多知名企业。欧菲光2018年收购富士天津，获取1000多项镜头专利，同时打开车载镜头市场。

近几年，国内也出现一批从摄像头角度布局ADAS领域的创业公司，拥有核心视觉算法，向下游提供车载摄像头模组、芯片以及软件算法在内的整套解决方案，如中科慧眼、智眸科技、森国科、四维图新、创来科技等。随着国内企业市场竞争力逐渐增强，企业逐步向高端市场竞争，产业集中度将进一步提升。

车载摄像头模组、芯片主要由欧日美巨头垄断，中日韩占据摄像头镜头80%份额

车载摄像头模组封装技术和芯片技术壁垒较高，且不容易被新进入者攻破，国际龙头企业具有先发优势，占据了较大的市场份额。从全球车载摄像头细分领域市场格局来看，车载摄像头模组方面，日本松下、索尼(Sony)、德国大陆(Continental AG)等国际大厂占据较大份额；车载摄像头芯片方面，主要由瑞萨电子(Renesas)、意法半导体(ST)、飞思卡尔(Freescale)、亚德诺(ADI)、德州仪器(TI)、恩智浦(NXP)等欧日美国际巨头垄断，其中，车载摄像头CMOS行业主要由美国安森美(On Semi)、美国豪威科技(omnivision)、韩国Pixelplus等美、韩企业垄断；车载摄像头镜头方面，中国舜宇光学(Sunny Optical)市场份额位居全球第一位，超过30%，韩国Sekonix(世高光)位居第二，前两家厂合计市场份额超过50%，日本kantatsu(大立光)和日本fujifilm(富士)紧随其后，行业集中度指标CR4将近80%。

结语

全球车载摄像头主要由欧日美巨头垄断，全球前十企业合计市场份额高达96%，行业集中度处于较高水平。国内高端车载摄像头主要由国际巨头垄断，车载摄像头镜头方面已经取得成功突破，舜宇光学出货量已位居全球第一。车载摄像头模组封装技术和芯片技术壁垒较高，且不容易被新进入者攻破，当前欧日美等国际巨头占据较大市场份额，产业集中度较高，中日韩占据车载摄像头镜头较大市场份额。

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。

而作为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的 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%。