解密3D sensing摄像头
赛迪顾问预测，全球移动终端3D Sensing模组市场的市场规模将从2017年的15亿美元成长到2020年的140亿美元，未来三年的年复合成长率将达到209%；
到2025年3D Sensing、IR CIS相关供应链市场规模年复合成长率将达24%
什么是3D sensing摄像头到底什么是3D Sensing摄像头呢？它和之前的2D摄像头有什么区别呢？3D Sensing包括哪几种技术方案呢？以及目前3D Sensing产业链接是怎样的，涉及到哪些公司呢？下来带你了解所有！
普通的2D摄像头只能够将你所看到的以平面图片的方式呈现出来。
3D Sensing摄像头不同，它是由多个摄像头+深度传感器组成的，因此它可以通过解读三维的位置及尺寸信息,来实现实时的三维信息采集,从而为消费电子终端加上了物体感知功能,引入多个“痛点型应用场景”。
3D Sensing摄像头不仅在色彩和分辨率上比2D摄像头有所提升，更是在图像上以动态的呈现方式展现给我们一个更为立体的图片。并且2D摄像头无论在观测距离、效果，还是抗干扰性及夜视都不及3D Sensing摄像头。
三大应用 场景场景 1-人脸识别元年来临。采用红外线的 3D 人脸识别解决了环境光 照影响 ，3D 摄像头技术进行拍摄时采集得到人脸图像深度信息，能 够获取更多的特征信息在传统人脸识别技 术基础上大幅提升识别准确 率。
• 场景 2-手势识别：手势识别的关键便在于 3D 摄像头（或称 3D 感知） 技术。下一个十年人机交互方式将主动捕捉用户手势动作并进行识别 处理。
• 场景 3-三维重构基础技术，AR/VR 领域将大放异彩。AR/VR 设备采用 3D 摄像头技术 ：1、获得周围环境图像的 RBG 数据与深度数据，进行 三维重建；2、 实现手势识别、动作捕捉等人机交互方式。
目前，3D Sensing有3种主流方案分别是结构光方案、TOF方案以及双目立体成像方案：
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。
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。
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。
三种3D Sensing技术对比
综合而言，双目立体视觉在检测范围，3D 建模时间，弱光环境性能， 功耗，算法复杂度等指标上明显弱于结构光和 ToF，存在明显缺陷，因 此我们判断未来该技术在手机 3D 成像领域前景暗淡。结构光与 ToF 各 有优劣，都具备商用推广的基础。
1） 结构光：适合近距离场景，目前已被手机作为前置 3D 成像方案采用。 同时结构光产业链当前成熟度最高，已具备量产能力，在苹果的引 领下安卓阵营在 2018 年也陆续导入。
2） ToF：适合远距离场景，同时在强光下表现较好，预计将成为手机后 置 3D 成像主流方案。另外考虑到 ToF 相比结构光方案在尺寸和成 本上具备优势，因此预计在前置 3D 成像方面也将有所渗透。
中国手机品牌 3D 成像方案密集发布A股相关上市公司：
韦尔股份：收购了iPhone 前置摄像头 CIS 厂商豪威
光讯科技（002281）： A 股实现 VCSEL 阵列商用的公司，光通信行业的国内 第一、全球第五。完成 850nm VCSEL 芯片的研发，2014 年小批量试制，目前 已经开始 进入正式商用化阶段。
水晶光电（002273）： A 股红外滤波片供应厂商，切入主要智能机大厂产业链 ，一代 kinect 窄带滤波片供应商
福晶科技（002222）： A 股最懂“激光”的光学组件供应商，是全球激光器非 线性晶体与激光晶体的隐形冠军；与微软联合研发 HoloLes AR 眼镜；为全球光 芯片龙头企业供应晶体与光学处理单元 ；A 股激光器相关核心元器件供应商 。
欧菲光（002456）：A 股摄像头模组厂商，收购了苹果前置摄像头供应厂
联创电子（002036）： A 股镜头及模组厂商
晶方科技（603005）、华天科技：光学制造工艺运用晶圆级别光学制程，需要 掌握晶圆级封装技术。
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，经算法处理得到具备 3D 信息的彩色图片。
苹果抢占全球成熟资源，安卓加速跟进 目前结构光产业链一流供应商皆已被苹果锁定，包括整体方案商 PrimeSense（2013 年以 3.45 亿美元收购），核心部件 VCSEL、DOE、 WLO、Fliter 中的一流供应商与苹果合作。目前国内厂商在窄带滤光片 （水晶光电）、接收端模组（欧菲科技）已进入苹果产业链。
非苹果结构光产业链
3D Sensing 的发射端和接收端发射端由 VCSEL激光源、准直镜头和 DOE 扩散片组成，
接收端由窄带滤光片、光学镜头和红外 CIS 组成。
在工作时，VCSEL 激光源首先会发射出数百束特定频率的红外光，这些红外光经过准直镜头的校准之后，被传导到 DOE 扩散片，扩散片会将红外光束分散成 3 万多个随机的红外光点，照射到人的面部；
经过面部反射之后的红外光被接收端接收，在经过窄带滤光片的过滤之后，特定频率的红外光经过光学镜头的投射被红外 CIS 所接收。
3D Sensing 是一个全新的增量市场，将给产业链带来新的成长动力。
发射端的元器件大部分是创造了新的产业，价值量较大，在 VCSEL 激光源、准直镜头、DOE 光学衍射元件、模组等领域给相关企业带来了巨大的全新需求。、
但发射端元器件的难度较高，需要较多的技术积累，所以目前主要是海外企业参与供应链，这也给未来大陆厂商的突破带来了契机。
接收端的元器件主要是在对存量产品应用领域的进一步的扩大，价值量相对发射端要小。
大陆企业在窄带滤光片、光学镜头、模组等领域已经具有较强的实力，完全可以参与进去。但在红外 CIS 方面还是空白，需要未来的进一步突破。
▲3D Sensing 产业链供应商及单机价值量
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 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）
1、红外激光光源：由 LED 向 VCSEL 转变是必定趋势。
VCSEL 产业由设计、外延片、晶圆代工、封测等四个环节组成，整个产业高度分工、专业化程度很高，拥有较高的技术门槛。
大部分设计厂商都是从光通信领域切入消费电子领域，主要厂商包括Lumentum、Finsar、Princeton 等。
Lumentum 为苹果核心供应商，其一方面采用 IDM 模式自行制造 VCSEL，另外也与代工厂合作生产。除了Lumentum，苹果正在积极扶持 Finsar，以降低供应链集中的风险。
Princeton已在 2017 年被 AMS（艾迈斯）所收购，并已在新加坡建设新工厂，用于生产高率 VCSEL，已成为小米 8 透明探索版的 VCSEL 供应商，未来可能是安卓厂商的首选。
外延片领域，英国公司 IQE 是全球最大的独立外延片供应商，市场份额大约为 80%，是苹果核心供应商。其他的外延片供应商还包括台湾地区的全新和联亚光电。
在代工领域，台湾地区的稳懋为全球最大的化合物半导体代工厂，其在化合物半导体代工市场的市占率超过 50%，并与 Lumentum 紧密合作而成为苹果核心供应商。而宏捷科则拥有 AMS（艾迈斯）入股，未来有望随着AMS 而切入消费电子 3D Sensing 产业。
在封测领域，主要厂商均来自台湾地区，主要包括联均、欣品和同欣等厂商。
国内主要有江苏华芯、武汉光迅，其他还有山东太平洋、深圳源国、国星光电、华工科技、三安光电、乾照光电、华灿光电以及睿熙科技等公司。可以看出，VCSEL最初应用在通讯领域，随着苹果iPhone 8的3D摄像头采用VCSEL技术引起广泛关注。一旦智能手机市场被撬动，VCSEL的需求量将迅速打开，这就是未来6年VCSEL强劲增长的巨大推动力。
2、VCSEL 激光器光学组件 ：
光学组件主要包括准直镜头、DOE衍射光学元件
准直镜头
微型准直透镜：是用来对发散的激光光源进行准直处理，达到平行、均匀光斑 的作用；
现在准直镜头的制造工艺有 WLO、WLG 和模造工艺三种。
WLO（Wafer Level Opticals，晶圆级光学镜头）采用晶圆和特殊液体聚合物作为光学材料，被苹果选为 iPhone X 的准直镜头方案。
目前大部分 WLO 专利都在 Heptagon（已被 AMS 收购）手中，形成了非常高的壁垒，果 iPhone X 所使用的 WLO 就是由 Heptagon 所提供。
除了 WLO 方案，目前还有 WLG 工艺和模造工艺涌现，同样可以解决耐热性问题，可能在未来成为准直镜头的选择。未来准直镜头的技术路径存在较大的不确定性。
WLG（Wafer Level Glass，晶圆级玻璃）采用半导体级工艺生产玻璃镜头，具有良好的耐热性，可能在未来取代 WLO 成为准直镜头的首选方案。
目前 WLG 方案进展最快的厂商是瑞声科技，公司拥有来自丹麦的 WLG模具设计和制造团队（Kaleido）、日韩光学设计团队和高效的本土管理团队。
瑞声除了可将 WLG 用作准直镜头，还可以用于手机前后置摄像头等成像镜头，具有较大的想象空间。
但目前 WLG 方案仍不成熟，产能、良率、成本等方面仍需要时间才能突破。
国内水晶光电参与一部分镀膜工艺，福晶科技曾为JDSU、Finisar等光通信企业供给通信级准直镜头，有望拓展进军消费级准直镜头领域。华天科技和晶方科技在WLO方面布局较早，主要提供WLO后段加工技术，特别是华天科技具备成熟的加工技术。
光学衍射元件，光学衍射元件（DOE）
DOE 的制造门槛较高，苹果是由其自行设计 pattern，然后交由台积电采购玻璃后进行图案化过程，精材科技将台积电 pattern 后的玻璃进行堆叠、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。
台湾地区的奇景光电也具有生产 DOE 的能力，目前正与高通合作。
大陆地区还没有具备 DOE 设计和加工能力的公司。
福晶科技为微软AR眼镜HoloLens联合研发DOE等相关元件，福晶科技主要从事各类功能晶体元器件、精密光学元器件和激光器件的研发、生产和销售。国内初创公司驭光科技成立于2016年，但从2014年开始就在国内设计、生产DOE产品，目前已进入安卓手机3D传感核心器件供应商，在嘉兴有全资子公司驭光光电大规模量产DOE器件。
IR 接收模组：窄带滤光片为国内厂商主要机会窄带滤光片
窄带滤光片的难度和价值量都高于传统摄像头所用的滤光片，目前仅有VIAVI 和水晶光电的技术较为成熟，这两家也是苹果 iPhone X 的窄带滤光片供应商。
接收端镜头
使用普通手机镜头，产业链十分成熟传统的手机镜头需要达到非常好的成像效果，所以需要非常复杂的光学设计和制造工艺。
但接收端红外摄像头对光学镜头的要求远不如可见光摄像头那么高，对光线的通光量、畸变矫正等指标容忍度较高，所以目前 3D Sensing 接收端镜头主要使用已成熟的普通镜头。
苹果 iPhone X 接收端镜头为 4P 结构，供应商为台湾地区的大立光和玉晶光。
除了这两大厂商，还有关东辰美、舜宇光学、瑞声科技等均可提供接收端镜头。
随着大陆手机厂商开始普及 3D Sensing 功能，舜宇光学和瑞声科技可能凭借本土供应链优势而获得较大的份额。
红外 CIS
技术较为成熟，定制化是行业主要特点
红外 CIS（CMOS Image Sensor）即红外 CMOS 图像传感器，是用来将接收到的红外光转换为数字信号的器件，在技术上已经比较成熟。
在原理上，红外 CIS 与可见光 CIS 是一致的，但可见光 CIS 需要识别RGB 三种颜色，并且需要呈现非常清晰的图像，所以对分辨率的要求很高。
而红外 CIS 只需要获取结构光的深度信息，不需要产生清晰的成像，所以分辨率要求不高，通常2M 像素即可满足要求。
目前红外 CIS 的供应商主要有意法半导体、奇景光电、三星电子、富士通、东芝等，其中意法半导体是 iPhone X 红外 CIS 的供应商。
模组
目前，具备 3D Sensing 模组制造能力的厂商包括 LG Innotek、富士康、夏普、欧菲科技、舜宇光学等。
其中 LG Innotek 是 iPhone 3D Sensing 发射端模组的独家供应商，富士康和夏普是 iPhone 3D Sensing 接收端模组的供应商。
欧菲科技、舜宇光学等大陆厂商在模组领域也具备很强的实力，已经可以大规模量产 3D Sensing 模组。
随着国内手机厂商在 3D Sensing 领域快速推进，欧菲科技、舜宇光学将有望深度受益。
3D 图像处理芯片：
壁垒高，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）。
ToF：前后置 3D 皆有望采用，商用在即ToF 硬件构成类似结构光，更为简约 ToF 产业链在主要环节上与结构光方案相似，主要由 3 大部件构成：1） 不可见光红外线（ IR ）发射模组；2）不可见光红外线（IR） 接收模 组；3）镜头模组。
1） ToF 可以不用单独的 ASIC，因为其算法相比结构光简单，可集成于 手机 AP 中；
2） ToF 的发射端不需要 WLO、DOE/MASK，但需要 MEMS 棱镜阵列， 另外需要 MCU 做 Controller；
3） 接受端不需要窄带滤光片，同时接收端的 IR CIS 对感测速度要求比结构光更高，供应商存在较大不同。
4）发射端均采用 VCSEL，但是 ToF 需要的功率更高；
vivo 的展示资料显示其 TOF 3D 技术主要优势为：
1）有效深度信息多：vivo 的 TOF 3D 超感应技术包含了 30 万个可以进 行测距的有效深度信息点，而采用 DOE 衍射的 iPhone X 只有 3 万个；
2）工作距离远：vivo 展示的 TOF 3D 超感应技术可以做到至少 3 米的 测量距离。对于人脸解锁来说，1 米和 3 米不会对体验上造成什么区 别，不过更远的工作距离意味着 TOF 3D 超感应技术可以应用在更多的 场景中。
3）体积小：保证识别精度，3D 结构光的投射器和接收器需要保留一定 的距离，也就是所谓的基线（baseline），iPhone X 上的 3D 结构光需要 25 毫米左右，目前安卓阵营方案还要更长一些，带来的结果就是 3D 结 构光模组普遍较长。相比之下，TOF 模组的 baseline 要求不高，体积上 可以做到非常小巧。
总结：根据 vivo 的研发进度，2018H2 就有望实现 3D ToF 的商用。从产 品特性角度而言，ToF 更适用于远距离场景，另外在对成本和尺寸要求 更高的场景下 ToF 也将获得一定的市占率。
ToF 与结构光产业链相似，
成熟度相近 ToF 产业链在主要环节上与结构光方案相似，区别在于发射端不需要 WLO、DOE、MASK，接受端不要窄带滤光片，同时接收端的 IR CIS 对感测速度要求高，供应商存在较大不同。