加载中...请稍后..

金准人工智能 2018年中国车载摄像头行业市场前景研究报告

发布日期:
2018-05-03
浏览量:
65683

前言

近年来,车载监控市场的不断发展使其成为安防行业重要的细分市场,其在国内发展至今也已有十多年的历史,在经历了市场萌芽、市场成长两个阶段后,车载监控领域在中国已经进入快速发展期。

车载摄像头不仅仅是汽车的配件,更是“智能汽车之眼”。得益于自动驾驶热潮,车载监控摄像头市场迅猛增长。目前,全球14家大型汽车制造商中已经有13家宣布进军自动驾驶汽车市场,全球14家大型技术公司中则有12家宣布将研发新技术以支持和运营自动驾驶汽车。随着2020年之后自动驾驶时代的到来,车载摄像头市场将“更上一层楼”。

此外,摄像头市场的迅速增长离不开监管机构的政策利好。2018年起,美国将强制汽车配备后置摄像头,以防倒车过程中撞人。并且随着各大科技公司自动驾驶技术的普及,智能摄像头销量将进一步增加。

一、车载摄像头对自动驾驶的重要性

车载摄像头是ADAS系统的主要视觉传感器,借由镜头采集图像后,有摄像头内的感光组件电路及控制组件对图像进行处理并转化为电脑能处理的数字信号,从而实现感知车辆周边的路况情况,实现前向碰撞预警,车道偏移报警和行人检测等ADAS功能。目前,车载摄像头在ADAS和无人驾驶技术中有着举足轻重的地位。

ADAS系统解决方案包括摄像头解决方案、雷达/激光雷达解决方案、传感器融合。市场发展初期由于雷达技术成熟且不受天气情况影响,雷达/激光雷达解决方案是市场主流。但随着ASIC(专用集成电路)的发展以及图像处理算法的提高,同时由于雷达技术在辨别金属障碍物方面准确率较高,但在辨别非金属障碍物如行人方面却无能为力,且无法准确辨识从侧面驶来的车辆,而且无法辨别车道,碎片或者道路坑槽。
摄像头的视觉处理技术可以更好地辨别道路上的标识,行人等信息,也可以通过算法计算行人与车辆的行动轨迹,相较雷达技术成本更低,功能更为全面,准确性也较高。基于摄像头成像的技术渐渐被主流厂商接受,考虑到摄像头的像素对图像识别技术的限制以及在雾天和雨天等极端情况下功能降低,以摄像头为主的传感器融合将成为主流。
车联网架构自下而上依次是感知层、网络层和应用层,分别担任信息采集、传输和处理功能。视频采集存储(感知层)作为车联网的底层架构,主要技术有车载DVR和车载IP Camera。车载DVR俗称车载录像机,是基于数字化视频压缩存储和3G无线传输技术,内臵GPS,汽车黑匣子,CAN bus总线,G-SENSOR等技术的应用。
而车载IP Camera基于数字信号处理技术(DSP)和网络技术,CMOS图像传感器把场景的光信号转变为电信号,这些电信号转换为数字信号后通过数据接口传输到DSP存储器,完成图像压缩、编码的同时把数据流送到硬盘或其他存储设备中保存。在距离、扩展能力和成本上与传统的模拟系统和DVR相比有所不同。
车载摄像头具有广泛的应用空间,按照应用领域可分为行车辅助(行车记录仪、ADAS与主动安全系统)、驻车辅助(全车环视)与车内人员监控(人脸识别技术),贯穿车辆行驶到泊车全过程,因此对摄像头工作时间与温度有较高的要求。按照安装位臵又可分为前视、后视、侧视以及车内监控4部分。目前运用最多的是前视以及后视摄像头,随着ADAS系统渗透率提高以及人脸识别等技术运用于汽车电子领域,车内以及侧视摄像头将会得到进一步应用。

1.车载摄像头的分类及功能

车载摄像头包括单目摄像头、双目摄像头、广角摄像头等。目前,实现无人驾驶的全套ADAS功能至少需要安装6个摄像头。

表1:车载摄像头的分类及功能

 


2.车载摄像头的技术和工艺要求


既然汽车摄像头那么重要,其对技术和工艺又会有什么要求?针对车载应用,汽车摄像头与手机摄像头一样,主要是使用CMOS而不是CCD作为光学传感器,其主要的原因有三点:
首先,主动驾驶辅助系统所用传感器应具有的首要特性是:速度快。特别是在高速行驶场合,系统必须能记录关键驾驶状况、评估这种状况并实时启动相应措施。本质上,CMOS是种更快的影像采集技术—CMOS传感器内的单元通常是由3个晶体管主动控制和读出的,这就显着加速了影像采集过程。目前,基于CMOS的高性能相机能达到约5,000帧/秒的水平。
其次,CMOS传感器还具有数字图像处理方面的优势。CCD传感器通常提供模拟TSC/PAL信号,也许必须采用额外的AD转换器对其进行转换、或是CCD传感器要与带数字影像输出的逐行扫描方法一起工作。无论哪种方式,让采用CCD的照相机提供数字影像信号都显着增加了系统复杂性;而CMOS传感器可直接提供LVDS或数字输出信号,主动驾驶辅助系统内的各组成部份可直接、无延迟地处理这些信号。
而且,为了达到这样的目标,车载摄像头厂家就必须考虑使用成本较低的CMOS传感器。并且,在有强光射入时,CMOS传感器不会产生使用CCD时会出现的Smear噪声。这将会减少因操作失误所导致的调整时间。


3.汽车摄像头模组特点


除了根据汽车应用需求采用COMS技术,汽车摄像头模组在工艺和封装上也有其他的要求。相较手机摄像头,车载摄像头技术工艺难度更大,主要是其对可靠性的高要求所致。不同于一般的摄像头,汽车摄像头连续工作时间较长、所处环境往往震动较大且一旦失效将会对用户生命安全造成致命威胁,因此对于模组和封装等要求严格。汽车摄像头测试需要在水中浸泡数天,以及1000小时以上的温度测试,还包括从零下40度到零上80度的迅速跳转。并且汽车摄像头需要具备夜视功能以保证夜间可以正常使用。
车载摄像头模块的独特规格主要有四点:
(1)能够抑制低照度摄影时的噪声,特别是对车辆后方与侧面进行摄影的模块,要求即使是在晚上,也必须能很容易地捕捉到影像。
(2)车载摄像头模块的另外一个特点是水平视角扩大为25°——135°。手机中摄像头模块的水平视角大多为55°左右。要实现广角以及影像周边部位的高解析度,至少使用5个左右的镜头。
(3)车载摄像头模块的机身是用铝合金压铸而成的,材料费较高。车载摄头模块不使用树脂而使用铝合金压铸品,是为了保证可靠性,主要包括以下三个理由:散热性好;将机身做为接地层可抑制电磁干扰;形状的热稳定性好。
(4)车载摄像头模组机械强度和耐高温性是其中决定性的标准。这些模块将采用特殊封装,使相机兼具所需的强韧性和抗渗透。因用于主动驾驶辅助系统的摄像头是关乎行车安全的组件,它们还必须能在供电系统暂时断电时可靠工作。
由于车载摄像头对于稳定性以及规格的特殊要求,因此对模组和封装要求较高,除了工艺与技术门槛较高外,车载摄像头进入前装市场的周期要比其他种类摄像头长上许多,从design-win到产生收入至少要一年以上的时间周期。


4.汽车全景影像系统


车载摄像头对实现ADAS和自动驾驶有着重要的作用,而应用车载摄像头构成的汽车全景影像系统能够极大的提高驾驶的安全性和便捷性。全景影像系统中文又可以称为360°全景影像系统,或简称MVCS(MulTI-View Camera System)。全景环视系统为汽车驾驶者提供更为直观的辅助驾驶图像信息,能够快速准确的发现车辆附近难以被观察到的情况,实现了精准的驾驶控制,尤其是对驾驶新手,可以提高驾驶安全性和减少不必要的刮碰。
全景环视系统通过在汽车周围架设4到8个广角高感光摄像头覆盖车辆周边所有视场范围,通过对同一时刻采集到的汽车前后左右的图像,由采集部件转换成数字信息送至视频合成、处理部件,经过图像处理单元畸变还原→视角转化→图像拼接→图像增强后转换成模拟信号输出,生成360度的车身俯视图,最后在中控台的屏幕上显示,让驾驶员清楚查看车辆周边是否存在障碍物并了解障碍物的相对方位与距离,帮助驾驶员轻松停泊车辆。
在显示全景图的同时,也可以显示任何一方的单视图,并配合标尺线准确地定位障碍物的位臵和距离。ADAS通过控制车身摄像头采集车辆周边辅助安全行驶,而全景摄像系统通过控制车身摄像头采集车辆周边影响进行安全泊车。两个系统独立运行,贯穿行车过程始终。
全景系统视角会根据行车轨迹而动态移动,提供车辆四周360度的画面。通常采用LVDS或快速以太网等高性价比型链路,部署4到5个高动态范围(HDR)100万像素摄像头。一般使用视频压缩来减少所需的通信带宽并降低布线要求(例如,可以使用非屏蔽双绞线或同轴电缆)。其他系统要求包括一个多端口LVDS或以太网交换机、一个电源、一个用于快速访问外部存储器的集成DRAM,以及一个用于降低系统成本嵌入式闪存。


二、车载摄像头的核心技术壁垒


无论是全景影像系统还是ADAS无疑都将给驾驶者带来更好的体验并提升汽车的安全性,全景影像系统在图像拼接、视频处理等仍然面临挑战,我们最后还在这里回归到基础的车载摄像头来目前的核心技术壁垒。
夜视功能会成为汽车摄像头核心壁垒之一。据美国国家公路交通安全管理局(NHTS)的统计,虽然夜间行车在整个公路交通中只占四分之一,发生的事故却占了一半。而夜间视线不良所造成的事故占了70%。因此必须要求汽车摄像头具有较强的感光能力,使得全天都可正常工作,即近红外的宽光谱范围(从400nm——1100nm),未来夜视功能将成为车载摄像头得标配。
已投入应用的夜视技术有三大类:微光夜视技术、被动红外夜视技术、主动红外夜视技术。微光利用夜间目标反射的低亮度自然光,将其增强放大到几十万倍,从而达到适于肉眼夜间进行观察的图像。被动红外夜视技术是通过接。
收探测热源与背景红外线辐射差进行成像,相比于微光以及主动红外技术不需要额外光源,且探测距离最远,准确性高但成像也最为模糊,画面辨识度低。主动红外技术又称为近红外夜视技术,通过红外探照灯发射不可见光照射目标,并利用反射的光线成像,可视距离适中,成像清晰。
因为相较于被动夜视技术,主动夜视技术成像更为清晰,可以直接利用图像识别对夜间道路标识,行人进行探测,因此主动夜视技术更符合车载领域的应用场景。同时,由于被动红外夜视系统的核心红外焦平面成像材料、技术遭到禁运,因此被动红外夜视技术成本远高于主动红外夜视技术。
核心的激光夜视技术需要拥有全面的近红外、中近距离激光夜视成像与处理技术,解决全天候成像、双向高速移动高速对焦、消除激光散斑等技术问题,并且需要具有车速同步的变焦技术并手电筒效应,技术难度较大,因此,夜视功能会成为汽车摄像头核心壁垒之一。

二、无人驾驶发展推动车载摄像头市场增长

无人驾驶汽车,即智能驾驶汽车是一种自动化载具,能够部分或者全面代替驾驶员进行驾驶行为,无人驾驶汽车是智能汽车发展的最高形态。无人驾驶由传感器、控制器、执行器组成,对应感知、决策、执行三大功能模块。

无人驾驶的产业链包括:

1)硬件组件。激光雷达、摄像头等各类传感器、集成计算处理平台以及发动机、车身、集成控制总线等传统汽车组件;

2)软件组件。无人驾驶操作系统(包括感知、规划、控制以及汽车互联、数据平台接口等),高精度地图数据等;

3)整车制造;

4)运营服务。

相比关他传感器,摄像头成本低廉,且能够为自动驾驶汽车提供非常重要的可视化数据——检测颜色、距离和各种光线条件。结合图像识别技术的环境感知,能快速识别车道、车辆、行人和交通标志等;车内的摄像头传感器还可以检测驾驶员状态,实现人车交互。

目前,主流的无人驾驶传感平台以激光雷达和车载摄像头为主,并呈现多传感器融合发展的趋势。随着无人驾驶技术的进一步普及和应用,带动无人驾驶产业链发展。

全球无人驾驶汽车行业中,美国属于领先地位;在亚洲范围内,新加坡的进度较为领先,中国也在加快追赶。无人驾驶发展至今,全球已有多家企业审布在2020年前后推出无人驾驶汽车。据预测,自动驾驶汽车的全球市场份额需要花15-20年时间达到25%,带有公路和交通堵塞自动驾驶功能的汽车将率先上路应用;到2022年,带有城市自动驾驶模式汽车上路;2025年之后,完全无人驾驶汽车才会大量出现。

 

2017年,中国汽车工程学会发布了“节能与新能源汽车技术路线图”,其中就有提到,至2020年,汽车产业规模将达3000万辆,驾驶辅助/部分自动驾驶车辆的市场占有率将达50%;力求高度或完全自动驾驶汽车在2021年到2025年能够上市;2026年到2030年,每辆车都应采用无人驾驶或辅助驾驶系统,国内无人驾驶汽车数量将稳步上升。

据预测数据显示,到2035年全球无人驾驶汽车销量将达2100万辆。参考2015年全球汽车年销量突破8000万台,中国销量接近2500万台。庞大的汽车销量和消费者对科技的需求,中国有望成为最大的无人驾驶市场。随着无人驾驶汽车市场的进一步发展,无人驾驶汽车数量逐渐上升,将带动车载摄像头市场的快速增长。

三、车载摄像头市场前景广阔

车载摄像头在无人驾驶技术的应用中都有着举足轻重的地位。在ADAS系统中,摄像头是实现众多预警、识别类功能的基础,超过80%的ADAS技术都会运用到摄像头,或者将摄像头作为一种解决方案,如车道偏离预警(LDW)、前撞预警(FCW)、行人碰撞预警(PCW)、车道保持辅助(LKA)、紧急制动刹车(AEB)、自适应巡航(ACC)、交通标志识别(TSR)等。

1.车载摄像头需求将稳步上升

实现无人驾驶的全套ADAS功能至少需要安装6个摄像头,随着ADAS渗透率提高,车载摄像头的市场将逐步仅面向高端车型向中低端车型延伸。据预测数据显示,车载摄像头出货量将从2014年的2800万颗增长到2020年的超8300万颗,年均复合增长率20%,市场前景广阔。

 

 

目前,车载摄像头的消费区域主要在美洲、欧洲、亚太等地,其中亚太地区将成为增长最快的市场。据预测数据显示,2018年中国车载摄像头需求量将近3000万颗,到2020年,中国车载摄像头需求量将超4500万颗。

 

 

2.车载摄像头企业涌现

目前,从市场来看,车载摄像头模组方面,日本松下、索尼,德国大陆等领跑市场;芯片方面,也多数被国外企业垄断,有瑞萨申子、意法半导体、飞思卡尔、亚德诺等。

金准人工智能专家统计,近几年国内也涌现出不少仅摄像头角度切入ADAS领域的创业公司,拥有核心的规觉算法,向下游客户提供车载摄像头模组、芯片以及软件算法在内的整套方案。

国内视觉ADAS公司

 

 

四、车载摄像头发展趋势

金准人工智能专家认为,庞大的汽车销量和消费者对科技的需求,无人驾驶汽车市场的发展加快。随着无人驾驶汽车的商用、普及,数量将逐渐上升,同时带动车载摄像头市场的快速增长。据预测数据显示,车载摄像头出货量将从2014年的2800万颗增长到2020年的超8300万颗,年均复合增长率20%,市场前景广阔。

双目摄像头加大在车载摄像头中的应用。技术解决方案角度来看,摄像头系统有单目和双目两种方案。目前,单目摄像头是车载摄像头系统中的主流方案。金准人工智能专家认为,未来,随着双目摄像头的产品化提升、小型化问题完善,将更广泛的应用于车载摄像头系统中。

总结

根据金准人工智能专家的估算,2020年全球车载摄像头出货量将增长到8300万枚,复合增长率达20%。据此估算,全球车载摄像头市场规模将从2015年的62亿人民币增长到2020年的133亿人民币,年复合增长率将达16%。消费区域主要在美洲、欧洲、亚太等地,其中亚太地区将成为增长最快的市场。

目前还出现了新的潮流,那就是使用侧视广角摄像头取代后视镜,这样既能降低风阻,同时又可以获得更大更广的视角,避免在危险的盲区发生意外,宝马i8Mirrorless概念车就采用如此设计。日本也已修改修改法规,允许无后视镜的车辆上路,鼓励用侧视摄像头取代后视镜,美国国家公路交通安全局近期也承诺将修改法规,取消无后视镜的车辆不允许上路的限制。侧视摄像头取代后视镜将是未来发展趋势。

总而言之,车载摄像头处于车联网与自动驾驶市场双风口,对安防企业来说是极具爆发潜力的金矿。未来两年自动驾驶必将常态化发展,车载监控摄像头也将迎来其发展的高峰。