未来摄像技术的核心CMOS图像传感器

1.摄像头的核心芯片——CMOS图像传感器

CMOS图像传感器（CIS）是将光子转换为电子进行数字处理，把图像信

号转换为数字信号的芯片，主要用于在数码相机、数码闭路电视摄像机和数

码摄像机中的创建图像，是数码摄像头的关键部件。由于摄像头的功能包括

拍照、摄像、图像识别、身份验证等，数码产品对CMOS图像传感器性能的

要求也越来越高。通常CMOS图像传感器主要由四个组件构成：微透镜、彩

色滤光片（CF）、光电二极管（PD）、像素设计。

图1.CMOS图像传感器图2.CMOS传感器成像原理

资料来源：Yoledeveloppement,红塔证券资料来源：传感器技术，红塔证券

CMOS图像传感器拥有较好的信号转换能力，可以将直接在像素内将电

荷转化为电压，在性能上超过了传统的CCD传感器，当前，主流的摄像头都

使用CMOS传感器进行信号转换，CMOS传感器也被广泛应用于智能手机、

数码相机、自动驾驶、安防、IOT等领域。

图3.CMOS主要应用领域

资料来源：Yoledeveloppement.红塔证券

2.市场稳定增长，行业垄断程度较高

随着智能手机摄像头的升级，以及汽车市场的高速增长，全球CMOS图

像传感器市场规模持续走高。2021年全市CMOS图像传感器销售额为213亿

美元，同比增长2.89%。2021年受疫情影响，加上手机市场低迷，CMOS图

像传感器需求增速放缓，不过随着2022年下半年消费市场复苏，相应电子需

求恢复，CMOS图像传感器市场增速将会恢复到8%左右，预计2025年全球

CMOS图像传感器市场规模为290亿美元。

图4.全球CMOS图像传感器市场规模

（亿美元）

——全球CMOS图像传感器销售额一同比

资料来源：Yoledeveloppcmcnt,红塔证券

从下游应用领域来看，目前CMOS图像传感器最大市场为手机摄像头,

2021年CMOS图像传感器手机市场占比达到75.9%,这主要得益于近几年手

机摄像往高分辨率、多摄像头发展，现在高端机的摄像头在3-5个之间，对

于CMOS的需求较大。从市场增速来看，汽车市场增长最快，2021年汽车

CMOS市场率己经达到11.7%,随着电动车渗透率的上升，以及智能驾驶的

发展，单车CMOS传感器的使用量也在大幅增长，预计未来五年内车用摄像

头将是CMOS市场增长的主要动力。

图5.2021年CMOS图像传感器主要应用领域

安防监控,

6.2%

智能手机,

75.9%

资料来源：Yoledevcloppcincin,红塔证券

CMOS图像传感器在国内还处于高速发展的阶段,2021年国内CMOS图

像传感器销售额为295.4亿元，同比增长19%,增速明显快于全球，预计到

2024年国内CMOS图像传感器市场规模将达到516.5亿元，符合增长率为

20%»

图6.中国CMOS图像传感器市场规模图7.中国CMOS图像传感器应用领域

资料来源：赛迪顾问，红塔证券资料来源：赛迪顾问，红塔证券

从生产模式来看，CMOS图像传感器企业主要分两种，专注于CMOS芯

片设计的Fabless企业，比如索尼、韦尔股份（豪威科技）、思特威等。还有

从设计制造者到封装测试全产业链都做的1DM企业，比如三星。当前CMOS

芯片对于制程的要求并不是很高，芯片的主要技术壁垒在芯片设计一环，因

图8.CMOS传感器产业链此主要的CMOS企业多以设计为主。

设计封测

SONYASEGROUP

日月光集Bl

Omrfl^^ion.

名华天科技

■anaMUnMTKMICLMY

SMARTSENS

资料来源：格科微招股说明书，红塔证券

从竞争格局来看，CMOS图像传感器市场属于垄断程度较高的市场,

2021年前三大CMOS传感器企业占有75%的市场。索尼在行业中处于龙头

地位，目前市占率约为39%左右。其次是三星（23%）、韦尔股份（13%）。索

尼的图像传感器主要应用在手机、相机、摄像等，三星的产品主要应用于自

己的手机端，韦尔股份的图像传感器则侧重于安防和汽车。

图9.2021年全球CMOS市场竞争格局

资料来源：Yoledeveloppement,红塔证券

表1.主要CMOS图像传感器企业

公司索尼三星韦尔股份格科微SK海力士

生产模式FablessIDMFablessFablessIDM

主要代工台积电/台积电、中芯国际、中芯国际、华虹半/

r力晶科技、武汉新芯导体、粤芯半导体

主要应用智能手机、电智能手机、智能手机、电脑、汽智能手机、电脑、智能手

领域脑、汽车、安电脑、汽车车、安防可穿戴设备机、安防

防、相机

资料来源：华经产业研究院，红塔证券

3.高清化、智能化产品升级带动图像传感器需求

3.1.最大的应用领域—智能手机

手机摄像头的制造成本主要由CMOS图像传感器、模组封装、光学镜头、

音圈马达、红外滤光片等部分组成、其中CMOS图像传感器是摄像头组成的

核心，也是最关键的技术，占据手机摄像头成本的约52%。

图10.手机摄像头结构图11.手机摄像头成本构成

音圈马达,红外滤光

资料来源：网络资料整理，红塔证券资料来源：Yoledeveloppement,红塔证券

2021年全球智能手机CMOS图像传感器市场规模为151亿美元，同比

增长3%。从市场增长来看，手机市场增速逐渐放缓，2021年增速为近五年

来最低。受下游手机市场低迷的影响，CMOS图像传感器需求增速减少，预

计至2025年，智能手机领域的CMOS图像传感器销售额为169亿美元，复

合增长率在3%左右。

图12.全球智能手机CMOS图像传感器销售额

2015201620172018201920202021

手机CMOS图像传感器市场规模----同比

资料来源：StrategyAnalytics,红塔证券

手机销量方面，全球智能手机市场已进入存量时代，近几年增量有限，

2021年全球手机出货量为13.55亿部，同比增长4.8%。2020年受疫情影响,

全球手机出货量明显下滑，2021随着市场复苏，销量有所增长，但是依然没

有回到疫情前水平。目前市场上主要品牌智能手机缺乏创新，5G手机更换潮

也已基本完成，消费者换新机动力较弱，预计近两年手机出货量增量较小。

2022年上半年，中国手机出货量为1.34亿部，同比下降16.9%,手机市场持

图13.全球及中国手机出货量

续低迷将影响CMOS图像传感器的需求。

4

2

0

20112012201320142015201620172018201920202021

■全球智能手机出货量■中国智能手机出货量

资料来源：CINNOResearch,红塔证券

目前，手机CMOS图像传感器的增长主要来源于多摄像头及高画质需求

的拉动。2021年全球平均每部手机摄像头的数量平均约为4.1个，是2017年

的两倍。为提高智能手机的摄像能力，手机厂商不断增添不同功能的摄像头，

以提升用户的拍摄体验，3-4个摄像头数量成为目前智能手机行业主流。不过

随着手机拍照功能的提高，摄像头升级带来的边际效益递减，预计未来手机

厂商将更多的从其他地方提升手机性能，因此单个手机的摄像头需求也将固

定。

图14.智能手机平均摄像头数量图15.中国手机摄像头数量结构

100%

（个）90%

80%

70%

60%

50%

40%

30%

20%

10%

0%2018年2019年2020年

2017年2018年2019年2020年2021年

2摄摄・4摄・5摄■其他

资料来源：Yoledeveloppement.红塔证券资料来源：中国信通院，红塔证券

竞争格局方面，手机CMOS传感器依然是垄断程度较高的市场，2021年

索尼占比为45%,三星占比26%,韦尔股份（豪威科技）占比11%,前三的

企业占比达到83%。

图16.2021年手机CMOS图像传感器竞争格局

三星，26.

资料来源：StrategyAnalytics,红塔证券

索尼进入CMOS图像传感器领域较早，在手机CMOS图像传感器领域

技术相对成熟，其产品广泛应用于苹果、华为、小米等主要手机厂商，目前

在高端图像显示领域技术实力较强。三星CMOS图像传感器产品类型相对齐

全，覆盖高端和中低端市场，产品性价比较高。相比之下，国内厂商则多集

中于中低端市场，客户也主要以本土手机厂商为主。

表2.部分主流CMOS图像传感器对比

厂商产品型类型光学格式像素像素尺寸应用机型

号

三星HP1高端型1/1.22英寸200M2.56um/

索尼IMX700高端型1/1.28英寸50M1.22um华为P40＞华为mate40

韦尔股份OVBOB高端型1/1.28英寸200M0.6lum/

索尼IMX686中端型1/1.72英寸64M0.8umVIVOX30、RedmiK30pro

三星GW1中端型1/1.72英寸64M0.8umVIVOS7>OppoReno3

韦尔股份OV40A中端型1/1.69英寸40Mlum/

索尼IMX598常规型1/2英寸48M0.8umVIVOX50.VIVOX60

韦尔股份OV48B常规型1/2英寸48M0.8umOPPOA74、小米10青春

版

资料来源：网络资料整理，红塔证券

近几年手机CMOS传感器需求增长主要来源于多摄像头的发展，但是经

过5年的发展，多摄像头带来的拍摄效果增长已趋近极限，单纯的通过叠加

摄像头来提升拍照功能已变得十分困难，未来摄像头的发展会往高端方向走。

虽然手机市场增量有限，但是由于智能手机市场体量较大，未来依然将

是CMOS图像传感器最大市场。竞争格局方面，手机CMOS图像传感器长

期被三大厂商占有，由于CMOS图像传感器芯片设计技术壁垒较高，大厂有

较多的技术积累，其他中小厂商很难与头部厂商竞争，索尼将依然是高端摄

像头传感器的生产厂商，三星则与自己的手机产品深度绑定，韦尔股份凭借

子公司豪威科技的技术优势，在国内将开拓出更多的市场。

3.2.快速成长的应用市场——智能驾驶

在汽车电子领域，CMOS图像传感器已经大规模地被安装在智能车载

行车记录、前视及倒车影像、360°环视影像、防碰撞系统之内。而随着汽车

电动化的趋势及自动驾驶技术的发展，更多的新车将标配ADAS（高级自动

驾驶辅助系统），单车平均搭载CMOS图像传感器数量也在显著增加。

图17.COS图像传感器在汽车中的应用

360。环视

变道辅助视频侧视镣

车道保窝警告盲点监测

前视

后桃

变道幡助视频便视银

车道偏毒警告盲点监测

360。环桃

资料来源：思特威官网，红塔证券

主流的车载摄像头主要包括内视摄像头、后视摄像头、前置摄像头、侧

视摄像头、环视摄像头等。根据车辆配置和智能化的程度，所配备的摄像头

的数量有区别，综合来看，智能驾驶要达到L3及以上的车辆摄像头数量将达

到10-20个左右。

表3.车载摄像头安装部位及功能

安装部位摄像头类型个数分辨率功能

广角/普通视角1-2个480P及以上行车记录仪、夜视摄像头

前视单目/双目1-4个1080P及以上FCW、

LDW/TSR/ACC/PCW

后视广角1-3个480P及以上倒车影像、流媒体后视镜

环视广角4个480P及以上全景泊车、LDW

测视广角2-4个720P及以上盲点检测、变道辅助

内置广角1-3个720P及以上驾驶员状态监测

资料来源：前瞻产业研究院，红塔证券

汽车市场是CMOS图像传感器增长最快的市场，也是厂商争相布局发展

的市场。2021年，汽车电子领域CMOS图像传感器的销售额为19.1亿美元，

同比增长11.6%。随着汽车智能辅助驾驶的发展，车载CMOS图像传感器用

量将会大幅增长，预计到2025年全球汽车CMOS图像传感器市场规模将达

到32.75亿美元，复合增长率将达到14.3%。

图18.全球车用CIS市场规模

（亿美元）

3532.725%

29.3

30

25.120%

2521.7

19.1

15%

10%

5%

0%

20212022E2023E2024E2025E

^全球车用CIS市场规模——同比

资料来源：集微咨询，红塔证券

我国智能汽车市场发展迅速，当前智能汽车约为1000万辆，渗透率为

50%,预计到2025年我国智能汽车数量将达到2800万辆，渗透率约达80%。

智能汽车领域的快速发展，将带来ADAS的升级与渗透率不断提高，加速单

车平均摄像头用量增涨，根据Yoledeveloppement数据，2020年单车平均搭

载摄像头数量约为2.2颗，预计到2028年将达到70颗。止匕外，由于ADAS

功能升级，对车载摄像头像素以及HDR、LED闪烁抑制等功能提出更高要

求，技术要求的提高也进一步带动了车载CMOS图像传感器单价提升。

图19.单车摄像头搭载量图20.全国车载摄像头价格指数

（个）

8

7

7

65.4

4.9.

5

3.5；

4

2.225.

3

2

0

202020212022E2023E2024E2025E2026E2027E2028E

2016201720182019202020212022E

资料来源：Yoledeveloppemenl,ICVTANK»红塔证券资料来源：Yoledeveloppement,ICVTANK»红塔证券

目前，车载CMOS图像传感器用量增长的主要动力来自于自动驾驶辅助

系统，汽车辅助驾驶功能的升级，车辆需要的位置定位精确度增加，单车平

均搭载CMOS图像传感器数量增加明显。L1/L2级别自动驾驶的CMOS图像

传感器数目为6个，而L3、L4、L5可分别达13/29/32个。当前，汽车生产

商多把智能驾驶辅助作为主要发展方向，因此L3、L4、L5的渗透率也在逐

步提升，预计到2030年，L3级别以上自动驾驶渗透率将达将达30%。

图21.不同自动驾驶级别对应单车平均CMOS图像传图22.不同级别自动驾驶占比

感器数量

资料来源：华经产业研究院，红塔证券资料来源：集微咨询，红塔证券

就目前全球车载CMOS图像传感器竞争格局情况而言，安森美占据高端

像素市场，是全球车载市场的龙头企业，2021年市场份额占比达45%,韦尔

股份占比29%,排名第二。从竞争格局变化趋势来看，2021年汽车CMOS图

像传感器芯片缺货涨价，安森美代工厂因疫情及产品产能不足，韦尔股份等

国内厂商积极在汽车领域布局，市占率有所增加。

图23.2021年车载CMOS图像传感器缶场竞争格局

韦尔股份,

29«

资料来源：ICVTank,红塔证券

随着安森美收购的赛普拉斯CMOS图像传感器业务部门、图像传感器设

备制造商TRUESENSE、汽车专用CMOS图像传感器提供商AptinaImaging

并形成生产力，安森美近年车载MOS图像传感器营收规模持续扩大，目前

全球车用CMOS图像传感器市场已形成安森美、韦尔股份（豪威科技）、索

尼三家企业共同主导的竞争格局。

不过，从2021年起，全球车用CMOS图像传感器市场出现了新变动因

素。此前，安森美在晶圆上主要依赖LFoundry,封测主要由胜丽供应，但

LFoundry被中芯国际于2019年出售给锡产微芯后，后者目前转做IGBT等

功率器件；另一供应商胜丽被国巨收购后，已将BGA产能用来生产800万

像素的CMOS图像传感器，放弃100万-200万像素低端产品，安森美面临与

索尼、豪威科技争夺胜丽BGA产能的局面。同时，台积电未能给予安森美足

够产能，导致安森美近年产能紧张。

索尼在CMOS图像传感器技术领域技术优势明显，其背照式CMOS图

像传感器和3D堆叠式CIS两次引领CMOS图像传感器技术变革，同时公司

拥有足够的产能。随着索尼开始重视并布局车载CMOS图像传感器市场，其

手机领域的优势也将在汽车领域凸显出来，市占率随之快速提升，有望成为

车用CMOS图像传感器领域的新领航员。

韦尔股份凭借技术优势以及在汽车领域的较早布局，其市场包括欧洲、

中国、美国等，凭借其本地化优势、技术升级，产品被应用于特斯拉、比亚

迪、吉利、大众、丰田、本田、宝马、奔驰等汽车厂商，韦尔股份（豪威科

2021年豪威科技车载CMOS图像传感器实现营业收入约23亿元，较2020年

增长约85%。

表4.主要车载CIS生产商技术来源和产品对比

供应商布局时间技术来源产品像素范围

2005年收购赛普拉斯CIS业30万・800万

安森美

务部门TRUESENSE

AptinaImaging

韦尔股份2005年自研30万-800万

（豪威科技）

索尼2015年收购东芝30万-800万

意法半导体130万-230万

自研

三星

收购TransChip

2020年自研30万-800万

思特威

收购安芯微电子

格科微自研35万・400万

资料来源：公开资料整理，红塔证券

除了韦尔股份，国内有众多企业在车规级CMOS图像传感器市场均有布

局，包括思特威、格科微、思比科、比亚迪半导体等，由于车规级电子产品

的验证周期较长，较早进入市场可获得更多的市场份额，加上车载市场还处

于发展初期，国内厂商与国外厂商技术差距较小，因此国内企业有更大的发

展空间。

3.3.稳定增K的市场安防监控

安防监控离不开视觉信息的获取，对图像传感器依赖较深，也是CMOS

图像传感器市场增长较快的新兴行业领域之一。近五年来，安防视频监控在

全球范围内的应用也逐步由发达国家向发展中国家延伸，整体规模保持着高

速发展。国内市场，各级政府近年来对安防建设的重视已经让我国成为全球

最大的安防视频监控产品制造地和全球最重要的安防监控市场之一，国内安

防市场对包括CMOS图像传感器在内的安防监控产品的需求也由一线城市

延伸至二、三线城市及农村地区。

从技术角度看，闭路电视监控系统过去经历了录像带录像机（VCR）和

数字视频录像机（DVR）等时代，最终迈入到如今的网络视频录像机（NVR）

图24.主要安防监控摄像机类型阶段。在此过程中，视频监控系统的复杂度逐步提高，对CMOS图像传感器

性能的要求也在不断升级，对于CMOS图像传感器在低照度光线环境成像、

HDR、高清/超高清成像、智能识别等成像性能方面提出了更高的要求。

高清摄像机宽动态范围摄像机3D立体摄像机

资料来源：半导体行业观察，红塔证券

2021年，全球安防监控领域CMOS图像传感器市场规模为10.8亿美元，

同比增长24%。随着未来安防监控行业整体市场规模的不断扩大，预计2025

年市场规模将达到20.1亿美元。

图25.全球安防监控CIS销售额

（亿美元）

2535%

30%

20

25%

1520%

15%

10

10%

5

5%

00%

2016201720182019202020212022E2023E2024E2025E

—全球安防监控般售额一同比

资料来源：Frost&Sullivan,红塔证券

从竞争格局来看，在安防领域，韦尔股份其下的子公司豪威科技为安防

领域的龙头，2020年其市占率为32.5%,由于豪威科技原先市场就是以安防

为主，因此韦尔股份在该领域具有一定的技术优势。近几年国内安防市场需

求增长明显，本土企业发展较快。

图26.2020年全球安防监控CIS市场竞争格局（按销图27.2020年全球安防监控CIS市场竞争格局（按出

货量）

资料来源：Frost&Sullivan，红塔证券资料来源：Frost&Sullivan,红塔证券

近年来随着安防行业与人工智能、大数据、云计算等技术深度融合，安

防行业应用领域进一步拓宽，产业链分工进一步细化。中国安防行业2020年

总产值的8510亿元，安防工程为5100亿元，安防产品为2600亿元，运维和

服务市场为810亿元。未来随着安防产业基础设施的进一步落地，安防监控

领域CMOS图像传感器市场规模将持续增长。

3.4.汽车应用或成行业未来主要增长市场

从CMOS图像传感器最主要的应用领域手机、汽车、安防市场变化来看，

手机市场依然是最大的应用市场，有近76%的CMOS图像传感器产品被用于

手机。但是2021年以后手机市场较为低迷，5G手机更换需求已接近饱和，

加上新手机功能创新较少，使得消费者换机动力较弱，2022年上半年国内智

能机市场出货量约1.4亿台，同比下降14.4%,因为市场需求不足，主要手机

厂商都出现了砍单计划，手机市场需求不足将会影响到手机CMOS图像传感

器的订单，预计2022年-2025年手机CMOS图像传感器的需求保持3%左右

的增长，到2025年手机CMOS图像传感器市场约为169亿美元。

相比手机，汽车和安防的需求增长较快，在车载领域，随着汽车电子化

程度的提高，加上自动驾驶技术的发展，对CMOS图像传感器的需求也大幅

增长。2022年在国家出台的各项举措激励下，汽车市场消费信心将明显恢复,

汽车市场在未来也将保持一个较高的增速，预计2022年-2025年汽车CMOS

图像传感器增速将达到15%,到2025年汽车CMOS图像传感器约为31亿美

JGo

安防CMOS图像传感器市场近两年也保持一个较高的增速，主要因为包

括中国在内的多个国家对于城市道路的监控摄像安装需求。2022年以后随着

城市安防摄像安装逐步完成，安防CMOS图像传感器的增速会逐步下降，未

来安防CCMOS图像传感器需求主要在更换和系统升级等，预计2022年-2025

年安防CMOS图像传感器市场增速在12%左右，到2025年全球安防CMOS

图像传感器市场规模约为20.1亿美元。

图28.CMOS图像传感器主要应用领域市场规模测算（亿美元）

20182019202020212022E2023E2024E2025E

手机市场规模105.5134.33145.63151153.8160.7164.2169.126

CIS同比27.33%8.41%3.69%1.85%4.49%2.18%3.00%

汽车市场规模1214.317.119.121.725.129.332.7

CIS同比19.17%19.58%11.70%13.61%15.67%16.73%11.60%

安防市场规模5.66.78.710.813.215.51820.1

CIS同比19.64%29.85%24.14%22.22%17.42%16.13%11.67%

资料来源：Frost&Sullivan.Yoledeveloppement.红塔证券

4.国外企业长期占有高端市场，国内企业在新兴市

场快速发展

4.1.国外企业

4.1.1.索尼——拥有最顶尖的图像传感器技术

索尼成立于1946年，主要从事用于消费、专业和工业市场以及游戏机

和软件的各种电子设备、仪器和设备的开发、设计、制造和销售，旗下的

CMOS图像传感器业务部门是索尼盈利的业绩支柱之一.凭借横跨消费电子、

安防、工业等领域完善的产品线，索尼多年来位居市场第一，并在高端CMOS

图像传感器市场保持较为显著的技术优势。2021年索尼营业收入为812.2亿

美元，净利润为72.2亿美元。

图29.索尼营业收入及净利润

（亿美元）

900-802.6783.3764.18,5'6812,2

800SI680.7■.■

700

600

500

400

300

200

100III卜L

0

2015年2016年2017年2018年2019年2020年2021年

■营业收入■净利润

资料来源：公司公告，红塔证券

发展CMOS图像传感器业务以来，索尼相继开发出背照式CMOS图像

传感器，推出2层/3层堆叠技术，从数码相机市场切入手机传感器市场，抢

占市场份额。索尼将CCD推向世界后，一直在不断创新图像传感器。索尼公

司正在推动小型高性能图像传感器的进一步发展：高灵敏度背光CMOS图像

传感器和堆叠式CMOS图像传感器。索尼的图像传感器有助于提高全球数码

相机的吸引力。当前，索尼图像传感器应用在相机