從 iPhone 11 的三攝像頭開(kāi)始，到 Mate 30 的四攝像頭，再到諾基亞的六攝像頭概念機(jī)。智能手機(jī)后置攝像頭的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了人們的預(yù)期，尤其是與夏普 J-SH01 這個(gè)第一臺(tái)擁有攝像頭的手機(jī)相對(duì)比的時(shí)候。
手機(jī)所使用的攝像頭與傳統(tǒng)相機(jī)鏡頭是截然不同的兩種事物，手機(jī)攝像頭利用諸如 CMOS、CCD 這兩種圖像攝取裝置，將測(cè)量目標(biāo)轉(zhuǎn)換成規(guī)定格式的數(shù)字圖像信息，圖像處理系統(tǒng)選擇預(yù)先設(shè)置的算法，并根據(jù)圖像所承載的像素、亮度、顏色等物理信息進(jìn)行各種運(yùn)算，以此來(lái)獲取目標(biāo)物體的特征信息。
正是由于攝像頭相關(guān)的軟硬件技術(shù)迭代，才造就了如今攝像頭更多，拍出的照片更加立體、動(dòng)人的局面。那么單臺(tái)手機(jī)所包含的攝像頭數(shù)量是以往的三倍甚至更多，對(duì)于國(guó)內(nèi)攝像頭相關(guān)供應(yīng)鏈來(lái)說(shuō)，一旦抓住了這次產(chǎn)業(yè)變革的機(jī)會(huì)，勢(shì)必會(huì)迎來(lái)一次猛烈的增長(zhǎng)。
手機(jī)攝像頭市場(chǎng)成熟的標(biāo)志無(wú)非是市場(chǎng)增長(zhǎng)率下降、需求下降，而行業(yè)特點(diǎn)、競(jìng)爭(zhēng)狀況以及用戶特點(diǎn)趨向穩(wěn)定。最終買(mǎi)方市場(chǎng)形成，產(chǎn)品量供大于求，行業(yè)盈利能力降低。其具體表現(xiàn)可以類比于 2010 年，帶有拍照功能的手機(jī)占據(jù)市場(chǎng)所有手機(jī)的 81%，這意味著單攝像頭手機(jī)市場(chǎng)逐漸走向成熟。
但是像 iPhone 11 這種類似于眼鏡斗犬的三攝像頭設(shè)計(jì)，不僅存在進(jìn)灰等因?yàn)榧夹g(shù)不成熟而引起的問(wèn)題，且市場(chǎng)中使用多攝像頭的手機(jī)占比較少，因此該領(lǐng)域市場(chǎng)仍屬于幼稚期。那么市場(chǎng)是否會(huì)朝著多攝像頭發(fā)展呢？
圖丨 iPhone 11（圖源：蘋(píng)果）
答案是一定的，這是由于現(xiàn)在手機(jī)照相算法在機(jī)器視覺(jué)的進(jìn)步下不斷提升，為了實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的算法，必須要更多更優(yōu)質(zhì)的攝像頭來(lái)采集信息。機(jī)器視覺(jué)主要由三部分組成，圖像的獲取、處理和輸出。其中圖像的處理部分是將攝像頭所拍攝的三維觀感世界和二維投影序列輸入到計(jì)算機(jī)中，進(jìn)行分析和處理。當(dāng)輸入的信息越完整、噪點(diǎn)越少時(shí)，處理后的效果也就越好。
圖像的處理又可以被簡(jiǎn)略地分成三層，第一層是低層視覺(jué)，用于對(duì)輸入的原始圖像進(jìn)行處理；第二層是中層視覺(jué)，用于恢復(fù)場(chǎng)景的深度、表面法線方向、輪廓等 2.5 維度的信息；第三層是高層視覺(jué)，其作用是以圖中的物體為中心，在原始輸入圖像、圖像基本特征、2.5 維信息的基礎(chǔ)上，恢復(fù)完整的三維圖像，建立物體的三維描述，并識(shí)別三維物體以及確認(rèn)物體的位置和方向。
當(dāng)然，光從機(jī)器視覺(jué)的理論中并不能得“出手機(jī)需要更多攝像頭”的結(jié)論。在一些工業(yè)檢測(cè)中，只需要單攝像頭就能實(shí)現(xiàn) 99.9% 的檢測(cè)正確率。比如日本 FUTEC 株式會(huì)社所推出的全自動(dòng)印品檢測(cè)和監(jiān)控系統(tǒng)，只需要一個(gè)攝像頭就能在印刷設(shè)備處于最高生產(chǎn)速度的情況下，對(duì) 100% 幅寬進(jìn)行整個(gè)工作時(shí)段的追蹤，并及時(shí)發(fā)現(xiàn)印刷故障。
工業(yè)檢測(cè)中機(jī)器視覺(jué)的場(chǎng)景是固定，可是手機(jī)相機(jī)的工作場(chǎng)景卻是各種各樣的，包括光源、光強(qiáng)、場(chǎng)景縱深等等。從物料價(jià)格出發(fā)，用以實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代機(jī)器視覺(jué)算法的多攝像頭組反而比單攝像頭便宜，這正是手機(jī)廠商選擇多攝像頭的理由之一。
雖然都是攝像頭，不過(guò)在多攝像頭組里各個(gè)攝像頭是各司其職的，有的負(fù)責(zé)接收光線信息，有的負(fù)責(zé)測(cè)量場(chǎng)景距離等等。以手機(jī)攝像頭的結(jié)構(gòu)來(lái)看，該模組一共包含四個(gè)部分：鏡頭、傳感器、后端圖像處理芯片、軟板。其中對(duì)像素等參數(shù)影響最大的是鏡頭，即便是負(fù)責(zé)不同任務(wù)的攝像頭，對(duì)高像素、低噪點(diǎn)的需求也都是相同的。
同時(shí)，鏡頭的技術(shù)門(mén)檻是最高的，良品率低、投入產(chǎn)出比也相對(duì)較低，因此鏡頭的利潤(rùn)率是四大部分中最高的，一般在 30% 到 50% 之間。我國(guó)臺(tái)灣大立光電、玉晶等廠商在手機(jī)攝像頭鏡頭生產(chǎn)上位于全球領(lǐng)先的位置，尤其是大立光電，更是帶動(dòng)了臺(tái)灣攝像領(lǐng)域的發(fā)展。
圖丨鏡頭（圖源：網(wǎng)絡(luò)）
大立光電第一次踏足手機(jī)攝像頭領(lǐng)域是在 2002 年，該公司首次推出了手機(jī)用的相機(jī)鏡頭。隨后在 2009 年時(shí)發(fā)布了 1200 萬(wàn)像素的自動(dòng)對(duì)焦手機(jī)攝像頭。事實(shí)上直至 2011 年，手機(jī)攝像頭的像素?cái)?shù)仍在 800 萬(wàn)，大立光電的產(chǎn)品能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了市場(chǎng)需求。
正如上文所提 2011 年是智能手機(jī)行業(yè)的爆發(fā)期，2010 年全球智能手機(jī)的銷量為 9.18 億臺(tái)，2011 年增長(zhǎng)達(dá)到了 21%，為 11.14 億臺(tái)。手機(jī)攝像頭是智能手機(jī)的標(biāo)配，同年帶有 800 萬(wàn)像素及更高配置攝像頭的手機(jī)增長(zhǎng)更是超過(guò)了 240%
伴隨著這樣蓬勃的市場(chǎng)，2010 年大立光電的毛利率達(dá)到了 49%，僅次于聯(lián)發(fā)科的 53.70%，且超出行業(yè)第三名原相科技 10%。在 2011 年手機(jī)市場(chǎng)爆發(fā)之后，大立光電的收入翻了 1.3 倍，凈利潤(rùn)翻了近一倍。
除了技術(shù)外，生產(chǎn)效率也是在手機(jī)攝像頭競(jìng)爭(zhēng)上的關(guān)鍵因素，取決于工人對(duì)設(shè)備的熟練操縱程度以及手機(jī)攝像頭的模仁利用率。舉例來(lái)說(shuō)，在塑料鏡頭的制作過(guò)程中，需要用到高端的塑料射出成型器，這種機(jī)器需要根據(jù)不同產(chǎn)品的需求設(shè)置不同的參數(shù)，一旦參數(shù)設(shè)置錯(cuò)誤，不但會(huì)影響生產(chǎn)，還會(huì)浪費(fèi)材料造成制造成本的增加。
而模仁是根據(jù)訂單來(lái)制作的，每生產(chǎn)一種訂單就會(huì)制作一種模仁，一旦訂單完成，這種模仁也就作廢了。多攝像頭手機(jī)則需要制作多個(gè)不同的模仁，因此企業(yè)對(duì)模仁使用壽命和制作成本的掌控就顯得更為重要。
從 2003 年開(kāi)始，臺(tái)灣相機(jī)大廠群光、致伸、普立爾等陸續(xù)投入到了手機(jī)攝像頭模組的生產(chǎn)之中，致使臺(tái)灣手機(jī)攝像頭整體出貨占據(jù)全球的 40%。不僅如此，在攝像頭所觸及的光學(xué)領(lǐng)域，臺(tái)灣有大立光電、玉晶光電、亞光、今國(guó)等廠商，大陸方面則有深圳青鳥(niǎo)、鳳凰光學(xué)、無(wú)錫凱爾、深圳比亞迪等等。
圖丨大立光電（圖源：大立光電）
受到兩岸三通的影響，中國(guó)臺(tái)灣不斷加大對(duì)大陸的投資，如大立光電、玉晶電、亞光電、致伸等集團(tuán)分別在東莞、蘇州、佛山等地建廠。使得廣東光學(xué)聚落也在逐漸壯大，在中低端鏡頭領(lǐng)域取代了臺(tái)灣成為全球第一。
這種投資所帶來(lái)的不僅僅是經(jīng)濟(jì)，還有技術(shù)。另外，臺(tái)灣光學(xué)廠商約有 20 到 30 家，產(chǎn)品的種類包括玻璃毛坯、鏡頭、變焦鏡頭、瞄準(zhǔn)器、取景器、模具等等。隨著先鋒軍投資，越來(lái)越多優(yōu)秀的技術(shù)會(huì)被引入大陸，這是一切攝像頭產(chǎn)業(yè)發(fā)展的源頭。
同時(shí)大陸地區(qū)提出了培養(yǎng)光學(xué)人才的戰(zhàn)略計(jì)劃，目前在陜西西安、四川成都、江西省都建立了光學(xué)實(shí)驗(yàn)基地，不但能夠培養(yǎng)人才，還能依靠附近的光學(xué)集團(tuán)將人才與生產(chǎn)相結(jié)合，更注重了技術(shù)的實(shí)用性。如江西鳳凰光學(xué)集團(tuán)的“退城進(jìn)園”計(jì)劃，正是推動(dòng)產(chǎn)業(yè)革新的關(guān)鍵之一。
除了鏡頭外，手機(jī)攝像頭還有一個(gè)重要的組成部分就是上文提到的 CMOS，也就是互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體。CMOS 通過(guò)光學(xué)鏡頭將景物聚焦到圖像傳感器像素陣列上，時(shí)序發(fā)生器對(duì)像素單元陣列復(fù)位后開(kāi)始進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，產(chǎn)生光生電荷，再將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)?，F(xiàn)在常用的是一種數(shù)字像素 CMOS 圖像傳感器，是在原有的有源像素傳感器基礎(chǔ)上集成了模數(shù)轉(zhuǎn)換器和存儲(chǔ)單元，能夠直接生成數(shù)字信號(hào)，以此來(lái)保證更高的圖像采集質(zhì)量。
圖丨索尼手機(jī) CMOS（圖源：索尼）
CMOS 是一種載體，可以用來(lái)實(shí)現(xiàn)很多功能，例如把低噪聲放大器、上/下變頻混頻器、中頻濾波器、本機(jī)振蕩器、功率放大器等集成到單片 CMOS 收發(fā)機(jī)芯片上，加上基帶信號(hào)處理，就可以用很小的空間完成多種復(fù)雜的任務(wù)。
事實(shí)上除了 CMOS 以外，還有一種與之類似的載體叫做 CCD。CCD 像敏單元中沒(méi)有信號(hào)放大裝置，感光二極管可以占據(jù)像敏單元表面較大的面積，俗稱開(kāi)口率。這就使得 CCD 的光利用率、動(dòng)態(tài)范圍等光感參數(shù)都比 CMOS 高?？墒?CCD 需要外加電壓才能使電荷移動(dòng)，并且不同的垂直寄存器電壓不同，再加上 CCD 魯棒性低的緣故，這就使得在消費(fèi)者的日常使用場(chǎng)景中，CMOS 的性價(jià)比遠(yuǎn)超 CCD。
不排除未來(lái) CCD 技術(shù)會(huì)變得更加成熟以擺脫現(xiàn)有缺點(diǎn)，但就當(dāng)下情形來(lái)看，手機(jī)廠商仍然更偏愛(ài)于 CMOS。CMOS 是一個(gè)壟斷性較強(qiáng)的領(lǐng)域，基本上所有高端手機(jī)的 CMOS 都只能采用索尼的解決方案。
高端 CMOS 之所以會(huì)被壟斷，是由于多種復(fù)雜的原因組合在一起。比如從材料的制備開(kāi)始，需要引用大量的交叉學(xué)科知識(shí)，為了能夠得到質(zhì)量更高的互補(bǔ)金屬氧化物，往往需要進(jìn)行大量的材料研究。除此之外還有國(guó)際間的稀土礦政策等等。
然而隨著我國(guó)整體科技實(shí)力的進(jìn)步，越來(lái)越多的創(chuàng)業(yè)者都對(duì)這個(gè)以前高不可攀的山峰發(fā)起了挑戰(zhàn)?，F(xiàn)如今像是思特威、CISTA 這樣的創(chuàng)業(yè)公司都在 CMOS 的道路上不斷探索著。不過(guò)從企業(yè)整體的成熟度而言，相較于索尼所鋪設(shè)的 CMOS 布局，國(guó)內(nèi)創(chuàng)業(yè)公司還需要很長(zhǎng)時(shí)間的努力才有機(jī)會(huì)扳回一城。
最后回歸到手機(jī)攝像頭行業(yè)，手機(jī)攝像頭行業(yè)的變革勢(shì)必會(huì)引起鏡頭、CMOS 等行業(yè)的劇變，而且還沒(méi)有迎來(lái)真正的爆發(fā)點(diǎn)。問(wèn)題就在于，如何把握技術(shù)、明晰戰(zhàn)略定位、降低運(yùn)營(yíng)成本、提高效率，最終才能增加自己的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。
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