環(huán)境感知：車載攝像頭

單車攝像頭數(shù)量持續(xù)增加，天花板不斷打開車載攝像頭是環(huán)境感知中最常見的傳感器之一。攝像頭的工作原理即目標(biāo)物體通過鏡頭生成光學(xué)圖像投射到圖像傳感器上，光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，再經(jīng)過A/D（模數(shù)轉(zhuǎn)換）后變?yōu)閿?shù)字圖像信號(hào)，最后送到DSP（數(shù)字信號(hào)處理芯片）中進(jìn)行加工處理，由DSP將信號(hào)處理成特定格式的圖像傳輸?shù)斤@示屏上進(jìn)行顯示。視覺是人類駕駛汽車獲取環(huán)境信息最主要的途徑，攝像頭獲取的信息更為直觀，更接近人類的視覺，對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車而言，攝像頭取代了人類視覺，成為了汽車獲取外界信息的重要來源。車載攝像頭的優(yōu)點(diǎn)十分明顯，成本低且技術(shù)成熟，采集信息的豐富度較高，最接近人類視覺，但其缺點(diǎn)也十分顯著，攝像頭受光照、環(huán)境影響十分大，難以全天候工作，尤其是在黑夜、雨雪天、大霧等能見度不足的場景下，其識(shí)別效率大大降低，此外，車載攝像頭缺乏深度信息，三維空間感不足。車載視像頭結(jié)構(gòu)組成圖像傳感器成本占比超過五成，CMOS為當(dāng)下主流選擇。車載攝像頭的硬件結(jié)構(gòu)包括光學(xué)鏡頭（光學(xué)鏡片、濾光片、保護(hù)膜）、圖像傳感器、圖像信號(hào)處理器（ISP）、串行器、連接器等器件。成本結(jié)構(gòu)成上，圖像傳感器成本占比最高，成本占比達(dá)到50%，CMOS圖像傳感器具有讀取信息方式簡單、輸出信息速率快、耗電少、集成度高、價(jià)格低等特點(diǎn)，成為目前目前主流的車載圖像傳感器。車載鏡頭舜宇排名第一，聯(lián)創(chuàng)電子正在快速崛起。根據(jù)ICVTank在2019年的數(shù)據(jù)顯示，舜宇光學(xué)全球車載攝像頭出貨量第一，市占率超過30%，韓國世高光、日本關(guān)東辰美、日本富士占絕行業(yè)前四名，前四名市占率超過80%。國產(chǎn)方面，除舜宇之外，聯(lián)創(chuàng)電子是國內(nèi)唯二具備較強(qiáng)競爭力的廠商，目前已經(jīng)進(jìn)入特斯拉、蔚來等產(chǎn)業(yè)鏈，正在快速崛起。車載CIS呈現(xiàn)寡頭格局，韋爾收購豪威科技一躍成為行業(yè)第二。車載CIS（CMOSImageSensor）是當(dāng)下主流的車載攝像頭圖像傳感器方案，其中安森美是絕對(duì)的車載CIS龍頭，市占率超過六成，豪威科技位列第二，市占率約為20%，索尼和三星作為手機(jī)CIS的龍頭，進(jìn)入車載市場較晚，正在快速切入。國產(chǎn)廠商方面，韋爾股份收購豪威科技后，一躍成為車載CIS龍頭，正在迅速崛起。2019年全球車載攝像頭鏡頭市場份額2018年全球車載CIS傳感器市場份額中游模組主要由海外公司主導(dǎo)，國產(chǎn)比例仍然較低。由于車規(guī)級(jí)攝像頭模組的安全性和穩(wěn)定性要求更高，模組封裝工藝更為復(fù)雜，在競爭格局方面，主要由海外公司占據(jù)主要市場份額，松下、法雷奧、富士通、大陸、麥格納等占據(jù)市場主要地位，國產(chǎn)方面，舜宇光學(xué)、聯(lián)創(chuàng)電子等為代表的攝像頭模組企業(yè)正在快速布局車載領(lǐng)域。2019年全球車載攝像頭模組市場份額根據(jù)安裝位置劃分，車載攝像頭可以分為五大類：內(nèi)視攝像頭、后視攝像頭、前置攝像頭、側(cè)視攝像頭、環(huán)視攝像頭等；根據(jù)結(jié)構(gòu)劃分，車載攝像頭可以分為單目攝像頭、雙目攝像頭、廣角攝像頭等。單目攝像頭和雙目攝像頭主要用于自動(dòng)駕駛汽車的前視，視角一般為45度左右，負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)FCW、LDW、PCW、TSR、ACC等功能，而廣角攝像頭則要用于自動(dòng)駕駛汽車的后視（后視泊車輔助）、內(nèi)置（閉眼提醒、DMS）、側(cè)視（盲點(diǎn)檢測）、以及環(huán)視（全景泊車、LDW）等多個(gè)方位多種功能。車載視像頭的類型及其功能各家整車廠新車型的攝像頭搭載數(shù)量持續(xù)上升。從各家最新發(fā)布的車型搭載方案來看，造車新勢力的單車搭載攝像頭數(shù)量平均已超過10顆。2021年最新發(fā)布的蔚來ET7共搭載了11顆攝像頭，小鵬計(jì)劃于2022年量產(chǎn)的G9車型預(yù)計(jì)將搭載12顆攝像頭，極氪001更是搭載了15顆攝像頭，各家車企不斷增加前視、環(huán)視、后視和內(nèi)視等各方位的攝像頭，為了高階輔助駕駛的落地創(chuàng)造了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。各家車企的車載攝像頭搭載情況特斯拉Model3的感知系統(tǒng)包括了8個(gè)攝像頭+12個(gè)超聲波雷達(dá)+1個(gè)毫米波雷達(dá)。該感知系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)在250米半徑內(nèi)提供360度的視野，可以在一定距離內(nèi)探測軟硬物體，而且精度幾乎是以前系統(tǒng)的兩倍。包括1個(gè)前視窄視野長焦攝像頭（FOV25度、最大測距250米），1個(gè)前視主視野中焦攝像頭（FOV50度、最大測距150米），1個(gè)前視寬視野廣角攝像頭（FOV150度、最大測距60米），2個(gè)側(cè)方前視攝像頭（最大測距80米）、2個(gè)側(cè)方后視攝像頭（最大測距100米）和1個(gè)后視攝像頭（最大測距50米）。Mobileye的純攝像頭ADAS解決方案包括了12顆攝像頭的子系統(tǒng)。在CES2020上，Mobileye也發(fā)布12個(gè)攝像頭組成的純攝像頭解決方案，包括2顆前視攝像頭（FOV120度），一顆前視窄視野長焦攝像頭（FOV28度），1顆后視攝像頭（FOV60度），4顆側(cè)視攝像頭（FOV100度），4顆停車輔助攝像頭，1顆DMS內(nèi)視攝像頭。單車搭載攝像頭數(shù)量持續(xù)增加，預(yù)計(jì)到23年有望超過平均每臺(tái)車3顆。根據(jù)佐思汽研數(shù)據(jù)，2021Q1中國乘用車市場車載攝像頭的總安裝量為922.3萬顆，同比增長95.3%，2021Q1單車的攝像頭安裝量從2020Q1的1.559顆提升至1.779顆，市場對(duì)車載攝像頭的需求量持續(xù)增加。根據(jù)Yole預(yù)測，2018年全球汽車平均每臺(tái)搭載攝像頭的數(shù)量為1.7顆，預(yù)計(jì)到2023年有望增加單車3顆左右，CAGR達(dá)12%。而對(duì)于高端車的搭載情況，根據(jù)Yole數(shù)據(jù)顯示，高端車型的單車攝像頭搭載數(shù)量從2014年的5顆提升到2020年的8顆，預(yù)計(jì)到2024年將超過11顆。此外，根據(jù)不同等級(jí)自動(dòng)駕駛的要求，為了實(shí)現(xiàn)更準(zhǔn)確的識(shí)別效果，每一類攝像頭會(huì)搭載不同焦段2-3只。L1或2級(jí)的車輛主要以安裝倒車或環(huán)視攝像頭為主，單車攝像頭數(shù)量約在3-5顆左右；L3級(jí)車輛還會(huì)安裝前視攝像頭，單車攝像頭數(shù)量約在8顆左右；L4/5級(jí)車輛基本會(huì)囊括各種類型的攝像頭，單車攝像頭數(shù)量約在10-20顆左右。21Q1中國乘用車攝像頭安裝量及單車平均安裝量18-23年全球汽車平均搭載攝像頭數(shù)量（顆）2012-2025年單車搭載攝像頭的個(gè)數(shù)變化情況各類型車載攝像頭快速上車，滲透率不斷提升。19-20年我國后視攝像頭滲透率占比最高為50%，前視攝像頭滲透率30%、側(cè)視攝像頭滲透率22%，內(nèi)置攝像頭滲透率7%，仍然有很大的滲透空間。隨著IACC、HWA、HWP等各類高級(jí)ADAS功能落地，各種攝像頭的需求量也在不斷上升，駕駛員注意力監(jiān)測需求上升，DMS攝像頭也在快速上車。根據(jù)佐思汽研的數(shù)據(jù)，2021Q1中國乘用車市場DMS安裝量同比增長554.5%，是各類車載攝像頭中增速最快的，此外環(huán)視攝像頭同比增速120.8%，前視攝像頭同比增速103.0%，行車記錄儀同比增速102.2%，后視攝像頭同比增速60.6%，各類車載攝像頭安裝量快速提升。19-20年各類型車載攝像頭滲透率情況21Q1中國乘用車市場各類攝像頭安裝量增速EEA架構(gòu)集中化，有望帶動(dòng)攝像頭成本下行特斯拉剝離計(jì)算功能，攝像頭BOM成本下降六成。以寶馬X5采用的采孚三目前視攝像頭和特斯拉在Model3中所使用的三目前視攝像頭進(jìn)行成本比較。寶馬X5中的采孚S-Cam4三目前視攝像頭是由豪威（OmniVision）的CMOS圖像傳感器實(shí)現(xiàn)圖像采集，Mobileye的EyeQ4實(shí)現(xiàn)視覺處理。而特斯拉在Model3中所使用的三目前視攝像頭，其攝像頭模塊是基于安森美（OnSemiconductor）120萬像素的CMOS圖像處理器，并沒有安裝計(jì)算功能模塊，圖像處理功能則由Autopilot來實(shí)現(xiàn)。根據(jù)SystemPlus測算，特斯拉Model3的三目前視攝像頭的BOM成本65美金左右，而采孚ZFS-Cam4三目前視攝像頭的BOM成本在165美金左右，特斯拉在剝離了計(jì)算功能后，攝像頭BOM成本下降了約六成。特斯拉的三目前視攝像頭結(jié)構(gòu)拆解采孚S-Cam4三目前視攝像頭結(jié)構(gòu)拆解EEA架構(gòu)的集中化會(huì)促使算力集中化，進(jìn)而加速傳感器的硬件簡化。以特斯拉為例，Model3的電子電氣架構(gòu)已經(jīng)進(jìn)入準(zhǔn)中央架構(gòu)階段，由中央計(jì)算模塊（CCM）、左車身控制模塊（BCMLH）、右車身控制模塊（BCMRH）三個(gè)部分組成，特斯拉的準(zhǔn)中央E/E架構(gòu)已帶來了線束革命，ModelS/ModelX整車線束的長度是3公里，Model3整車線束的長度縮短到了1.5公里，ModelY進(jìn)一步縮短到1公里左右，特斯拉最終的計(jì)劃是將線束長度縮短至100米。整個(gè)架構(gòu)的不斷集中化，也帶動(dòng)了整個(gè)控制和算力的集中化，也避免了過往各ECU之間的算力冗余，進(jìn)一步簡化邊緣端傳感器，從而帶動(dòng)邊緣段硬件成本的進(jìn)一步下探。集中式的EEA架構(gòu)特斯拉Model3的電子電氣架構(gòu)車內(nèi)感知需求不斷增加，DMS有望成為標(biāo)配駕駛員監(jiān)測系統(tǒng)（DMS，DriverMonitorSystem）是指駕駛員行駛過程中，全天候監(jiān)測駕駛員的疲勞狀態(tài)、危險(xiǎn)駕駛行為的信息技術(shù)系統(tǒng)。在發(fā)現(xiàn)駕駛員出現(xiàn)疲勞、打哈欠、瞇眼睛及其他錯(cuò)誤駕駛狀態(tài)后，DMS系統(tǒng)將會(huì)對(duì)此類行為進(jìn)行及時(shí)的分析，并進(jìn)行語音燈光提示，起到警示駕駛員，糾正錯(cuò)誤駕駛行為的作用。DMS一般分為主動(dòng)式DMS和被動(dòng)式DMS。被動(dòng)式DMS基于方向盤轉(zhuǎn)向和行駛軌跡特征來判斷駕駛員狀態(tài)。主動(dòng)式DMS一般基于攝像頭和近紅外技術(shù)，從眼瞼閉合、眨眼、凝視方向、打哈欠和頭部運(yùn)動(dòng)等，檢測駕駛員狀態(tài)。主動(dòng)DMS系統(tǒng)從18年開始逐漸放量，21年1-9月DMS銷量同比增長244%。自2006年起，雷克薩斯LS460首次配備主動(dòng)DMS，隨著近年來一系列的安全事故大大提高了DMS在自動(dòng)輔助駕駛系統(tǒng)尤其是L2/L3功能上的的重要性。從2018年開始，隨著L2和L3系統(tǒng)逐漸量產(chǎn)，主動(dòng)式DMS系統(tǒng)開始放量。根據(jù)佐思汽研數(shù)據(jù)，2019年在中國主動(dòng)DMS系統(tǒng)的乘用車新車安裝量為1.02萬套，同比增長174%。2021年1-9月中國乘用車新車的DMS系統(tǒng)銷量25.15萬套，同比增長244%，其中合資占比6%，本土占比94%，排名靠前的品牌有長安、小鵬、哈弗、寶馬、蔚來等。2021年中國DMS爆發(fā)增長主要原因是本土品牌增加了裝配車型力度。2021年新上市車型DMS裝配量9.67萬輛，占整體裝配量比例38%。主機(jī)廠對(duì)DMS系統(tǒng)的采用歷程大部分Tier1已推出DMS完整解決方案，包括法雷奧、博世、大陸、電裝、現(xiàn)代摩比斯、偉世通、維寧爾等。在中國企業(yè)中，百度、商湯科技、中科創(chuàng)達(dá)、經(jīng)緯恒潤等公司的DMS產(chǎn)品也已落地在各個(gè)品牌車型上。DMS的核心功能是監(jiān)測駕駛員的疲勞和注意力分散程度。但是基于更多的傳感器，視覺+紅外攝像頭，甚至毫米波雷達(dá)，可以實(shí)現(xiàn)更多的功能，譬如人臉識(shí)別、年齡性別估計(jì)、情緒估計(jì)、安全帶檢測、姿勢位置、遺忘檢測、座艙異常情況檢測、幼兒檢測等。通過人臉、性別和表情的識(shí)別,實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證，以及更豐富的人車交互。目前DMS的應(yīng)用僅停留在預(yù)警階段，而一旦與ADAS/AD系統(tǒng)結(jié)合，還可以實(shí)現(xiàn)個(gè)性化車身控制等功能。海外Tier1方案商的DMS產(chǎn)品對(duì)比國內(nèi)部分DMS系統(tǒng)供應(yīng)商產(chǎn)品對(duì)比空間測算：預(yù)計(jì)到2025年全球市場規(guī)模近1200億元，CAGR22%隨著高階輔助駕駛功能滲透率的不斷提升，平均單車攝像頭的數(shù)量也在不斷提升。對(duì)于L2.5和L3級(jí)的單車而言，平均車載攝