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电子行业专题研究:光学黄金大赛道,终端创新拓疆土(二)

IP属地 中国·北京 编辑:顾青青 红泥小暖炉 时间:2025-04-14 17:32:31

3 汽车:智驾平权时代开启,车载光学量价齐升

3.1 电动化驱动新能源增长,智能化发力下半场

中国新能源汽车销量阶梯式增长,渗透率稳步攀升。2024 年,中国新能源汽车全年销量约为1286 万辆,较 2023 年同期同比增长 36%;2024 年中国新能源汽车渗透率为 41%,较 2023年同比增长 10 pcts。自 2020 年以来,新能源汽车销量表现出了除正常季节性周期外的长期增长趋势,整体销量规模逐年阶梯式升高,我们预计新能源汽车渗透率将随着智驾功能的持续普及进一步保持上升态势。

比亚迪、吉利纷纷交出亮眼成绩单,新能源增长势头迅猛。根据 AutoLab 数据,在 2024年中国市场新能源汽车销量排行中,比亚迪以 425 万销量位列榜首,销售量同比增长41%;吉利则以 89 万位列第二,同比增长 92%,创历史新高。比亚迪在出海方面进展喜人,海外销量 42 万辆,较 2023 年海外销量同比增长 72%。整体来看,除埃安外其他在榜车企均实现了不同幅度的销量增长,中国电动汽车百人会则表示 2025 年新能源汽车渗透率有望首次超过油车达到 55%。

在新一年销量规划方面,吉利集团整体制定了 271 万辆的目标,其中新能源销量目标来到 150 万辆,集团新能源全年渗透率将超过 50%,销量较 2024 年同比增长 69%。同时,吉利整体集团销量目标较 2024 年仅同比增长 25%,远低于对其旗下新能源车型定下的销售目标,直接反映了吉利对新能源的乐观态度。这一现象在其他传统车企中也可以看到,如长安制定了增长 12%的目标,但对阿维塔制定了 2025 年同比增长 197%的目标。其他车企方面,鸿蒙智行、小米汽车以及蔚来均制定了销量翻倍的目标。

L2 及以上 ADAS 功能逐年下沉,10-20 万车型渗透率过半。根据盖世汽车研究院数据,2024 年,中国乘用车整体 L2 及以上 ADAS 功能标配渗透率为 48%,较 2023 年同比提升 9 pcts。同时,L2 及更高级别的智驾技术逐渐摆脱高端车型的局限,进一步向中低端车型加速渗透。具体来看,2024 年 10-20 万价格区间的 ADAS 渗透率提升至 51%,成为各价格区间中渗透率提升最快的细分市场。随着 2025 年比亚迪及吉利集团双双宣布全系车型将搭载不同级别的高阶智驾系统,我们认为 L2 及以上 ADAS 功能的渗透将在2025 年进一步加速,10 万元以下车型的智驾渗透有望迎来从 0 到 1 的时刻。

3.4 车载 CIS 性能要求逐步提升,多摄下沉趋势明显

双目和三目方案逐步成为汽车前视主流,成本约在 300-500 元之间。车载摄像头是ADAS 系统、汽车自动驾驶的核心传感设备,主要通过镜头和图像传感器实现图像信息的采集功能。车载摄像头安装部位主要包括前视、环视、后视、侧视和内置。车载摄像头方案可分为单目、双目和多目,对目标物的感知维度也逐次增加,感知判断也更加精准。双目和三目测量距离较远且精度较准确,逐步成为汽车前视主流;环视、后视、侧视和内置均为广角镜头,可获得更好的视野范围。从整车功能需求和成本考虑,目前车辆的前视摄像头主要服务于 LDW、FCW、TSR、LKA、PCW 等功能,多采用多目方案,成本约在 300-500 元之间;侧视和后视的摄像头可采用较为简单的单目方案,主要服务于辅助泊车功能,价格在 150 元左右。

受益于 ADAS 渗透率提高带来的单车平均摄像头数量增加,车载摄像头数量和规格都在逐步提升。随着汽车智能化发展,360°环视、ADAS、智能座舱等应用为车载摄像头带来了巨大的市场需求,车载摄像头作为核心传感器实现量价齐升,单车摄像头从以往整车1-2 个摄像头的数量,大幅增加至 5-15 个,单价是以往行车记录仪等应用的 2-3 倍。根据潮电智库统计,2024 年,图表 49 中 18 家国产新能源车汽车平均单车搭载摄像头数量超过 7 颗,截至 2025 年 1 月 3 日,该 18 家国产新能源汽车摄像头需求量已突破 7600万颗。

随着高阶辅助驾驶功能渗透率的不断提升,单车摄像头的平均搭载数量和像素数都在不断增长。从搭载量来看,L2 级智能驾驶车辆摄像头平均搭载量为 5 颗,L2+级为 10 颗,L3 级为 14 颗左右。根据盖世汽车研究院,2024 年 1-10 月,前视和环视摄像头搭载量增长显著,搭载量分别达到 1294.7 万颗和 3409.9 万颗,渗透率分别达到了 59.9%和47.9%;从像素来看,前视、周视摄像头高分辨率化趋势不变,8MP 像素搭载量持续上升。根据佐思汽车研究,2024 年 1-9 月含 8MP 前视安装量 275.2 万颗,渗透率从 2023年的 10.6%增长至 23.8%。

4 智能眼镜:摄像头为 AI 交互的关键,AI 眼镜逐步迈向 AR终局

meta Ray-Ban 销量在 25 年 2 月中旬突破 200 万副。回顾 meta Ray-Ban 的成功,我们看到第一代智能眼镜 Ray-Ban Stories 在 2021 年 9 月发布后,直至 2023 年 2 月也才售出了 30 万副,月活用户只有 27000 名,不到设备量的 10%。但 2023 年 9 月发布的第二代产品 meta Ray-Ban,在造型基本保持不变且价格维持与第一代持平的 299 美元基础上,据 The Verge 统计,仅 23Q4 一个季度的销售量就超过了第一代眼镜全生命周期的出货量;2024 年 5 月,销量突破 100 万副;到 25 年 2 月中旬,销量正式突破 200万台。而对比行业方面,Wellsenn XR 数据显示,2024 年全球 AI 智能眼镜销量为 234万台,主要销量贡献来自于 RayBan meta。预计 2025 年 AI 智能眼镜销量达到 550 万台,同比增长 135%,预计增长仍由 meta 主导。

回想国内外厂商初期推出的智能眼镜产品,我们很容易发现一个共通点,那就是过度关注“智能”,总是研究着如何把智能酷炫的技术加到眼镜上,而忽视了如何先做好“眼镜”这个品类去让消费者接受并习惯于长期佩戴,最起码要先满足“款式、外观、重量和价格”的基本要求,再去研究如何将智能技术嵌入其中,而 meta Ray-Ban 的成功便是有利借助了 Ray-Ban 在“眼镜”品类上的优秀设计理念和时尚形象。

虽然 Ray-Ban Stories 第一代生命周期只卖了 40 万副,但相比于很多只有几万副销量的其他竞品来说已经算得上成功,而第二代产品在保持基本形态、外观、重量、价格等基本一致的基础上,对以下核心功能及体验的全面升级是其放量的关键:

1)相机质量质的飞跃:12MP 摄像头+1080P 视频+60 FPS 的拍照和视频录制效果很好地满足了普通用户的日常使用需求;且一代是方形长宽比进行拍摄和录制,不太适合在社交媒体发布,而二代的拍摄格式和效果完美适配了现在的社交媒体;同时二代支持在Facebook 和 Instagram 上直播。

2)音质效果的大幅提升:3 个麦克风阵列拓展到 5 个,且支持空间音频录制;最大音量增加 50%,低音、漏音、消音进一步优化。

3)款式和舒适度进一步升级:进一步减轻重量并缩小体积,同时拓展了可选择的框形和颜色,加上镜片的款式可以达到 150 多种不同的组合,满足了消费者对于眼镜美观度和自定义的诉求。

4)meta AI:二代眼镜发售的时候并没有 meta AI 功能,直到 2024 年 4 月才正式登陆,虽然当前的功能还并不是十分丰富,包括询问天气、时间等日常基础信息,以及拍照并识别物体等,但我们认为基于开源 Llama 模型的 AI 能力将是后续产品迭代最值得期待的地方。

5)交互和续航:二代产品交互延迟更低,响应速度更快;续航时间和充电速度都得到了30%以上的提升,而且蓝牙连接更稳定,电池寿命也更长

根据 Wellsenn XR 对 Ray Ban meta 智能眼镜 BOM 表的拆解数据,我们看到在主板上,处理器 SoC 和存储器分别为 55 美金和 11 美金的 ASP 牢牢占据了整个主板较大部分的价值量,占比分别达到 62%和 12%,两者合计占比高达 75%。其他芯片如电源管理芯片、MCU、射频芯片、WiFi 芯片等价值量差异不大,不过华通提供的 PCB 也有 6 美金的价值量,占比达到 7%。在主板之外,合计 38 美金的价值量中,雷朋提供的镜片/镜架和索尼提供的摄像头芯片分别拥有 13 美金和 9 美金的 ASP,占比分别为 34%和 24%。其他器件如喇叭、麦克风、触摸条、电池的价值量分别有 3、2.5、2.5、1.5 美金,占比分别为 7.9%、6.6%、6.6%、3.9%。

综合主板以及主板之外所有器件的价值量分布来看,主板上的处理器 SoC 和存储器,以及主板之外的镜片/镜架和摄像头芯片,这 4 类器件的价值量最为靠前,因此我们认为在智能眼镜产业链上,处于以上 4 个器件环节的相关厂商在未来下游需求起量时将最为受益,我们看好相关国产供应商在以上环节的布局和卡位。

带显示的 Ray-Ban 眼镜最早将于 25H2 亮相。我们看到,继 meta Ray-Ban 的成功之后,meta 并未停下探索的脚步,这款不带显示的智能眼镜在 meta 的元宇宙商业蓝图中终究只是一个过渡性产品,根据映维网 Nweon 12 月 24 日消息,meta 和 EssilorLuxottica(Ray-Ban 母公司)计划为 Ray-Ban 智能眼镜加入显示屏用来显示 meta AI 的通知和回复,这款升级版产品最早可能会在 2025 年下半年亮相。

meta Orion“全彩 Micro-LED+碳化硅衍射光波导”展示 AR 眼镜未来方案雏形。在9 月 26 日的 meta Connect 2024 上,meta CEO 扎克伯格揭晓了公司秘密研发十年的 AR眼镜——Orion,虽然这款原型机高达 1 万美元的生产成本还远不足以使其成为一款消费品,但其采用全彩 Micro-LED 光机+碳化硅材料的衍射光波导方案,提供了 70 度的超大视场角,让我们看到了 meta 在产品技术上的不懈追求。

1)显示:选择了 MicroLED,眼镜框架中的微型投影仪将光线射入波导,将纳米级 3D 结构打印到透镜中,使光线发生折射,从而在我们的环境中显示不同深度和尺寸的全息图。

2)镜片:使用碳化硅的新材料,避免了奇怪的光学伪影或 C stray 散光,具有非常高的折射率;

3)传感器:包含七个微型摄像头和传感器,嵌入镜框边缘;

4)交互:支持眼动追踪、手势操控和 AI 语音操作,佩戴配套的腕带能够实现更精细的手势操作。

Ray-Ban meta 的成功引起百镜大战,摄像头为 AI 眼镜实现交互的关键,索尼 IMX681占据垄断地位。除了界环 AI 音频眼镜等极少数产品,绝大部分已发布以及将发布的 AI眼镜,都默认配置了摄像头,以便提供影像拍摄以及基于 AI 视觉的功能,直接决定了 AI眼镜能否提供真正的智能交互体验。在核心的 CMOS 图像传感器上,索尼的 IMX681 几乎是目前所有 AI 眼镜的默认选择,从 Ray-Ban meta 到雷鸟 V3,再到李未可 View、Rokid Glasses,甚至将在年内推出的三星、小米 AI 眼镜根据雷科技,索尼 IMX681 大小约为手机摄像头的 25%,采用背照式堆栈工,优化了能耗管理,降低 AI 眼镜的发热问题,此外采用全局快门技术,避免拍摄运动物体产生的运动畸变问题,且适用于实时场景识别。根据雷科技,AI 眼镜还普遍采用了骁龙 AR1 Gen 1 作为计算平台,索尼 IMX681 的优势不仅体现在技术规格上,还在于与骁龙 AR1 平台的深度适配。

国产厂商快步迭代。AI 眼镜正处于从小众探索走向大众消费的关键阶段,用户对影像质量、AI 计算能力、续航的需求正在升级,由于索尼 IMX681 为前几年研发的产品,并且采购索尼高端 CMOS 的成本不低,厂商们需要新的、更强的解决方案。国产 CMOS 厂商发力,将通过更强的性价比和可定制化来扭转市场格局,韦尔图像传感器产品在小尺寸及低功耗方面的优势高度适配 AR/VR 眼镜等终端客户需求。

智能眼镜发展路径:传统眼镜—>音频眼镜—>拍摄+音频眼镜—>多模态 AI 眼镜—>AR 眼镜。从 meta 一系列的动作中我们可以看到智能眼镜行业一条合理的发展路径:首先在传统眼镜的形态基础上叠加少量的科技功能吸引用户无感平替,例如拍照和摄像功能就可以方便消费者在短视频时代记录生活;然后再通过 AI 等高附加值的功能增加用户的使用时长和粘性,虽然早期的 AI 功能相对较弱,但现如今大模型的快速发展使得 AI对产品的赋能越来越显著;最后再加入显示功能,耐心等待一种高亮度+低成本+小体积+高显示质量的光学方案来完成“最后一公里”的挑战。

光波导方案逐步成为一致性选择。我们看到,目前市场上发布的 AR 眼镜所采用的主要光学显示技术方案包括:LCoS+棱镜、Micro-OLED+自由曲面反射/BirdBath、DLP/MicroLED+衍射光波导、LCoS/Micro-OLED/Micro-LED+几何光波导等组合方案。早期的光学技术方案,存在一个原理性的技术矛盾,即伴随着视场角的扩大,会使镜片变厚、体积增大。另外,大部分光学方案的透光率比较低,无法看清现实画面,难以成为 AR 方案的理想技术。随着技术的不断发展,光波导方案以其同时兼备大视场角、小体积、高透光率、高清画质等特性,已经逐步成为 AR 眼镜一致性的终极解决方案。

聚焦光波导技术,其根据不同的光学技术原理和加工工艺,可以分为衍射光波导和几何光波导。几何光波导技术是通过几何阵列反射原理来实现图像的无损输出和画面画幅的扩大,其光效超过 15%,是衍射光波导的数十倍以上。此外,借助高清微显示技术可实现高亮度、色彩丰富、景深融合的全彩显示。由于几何光波导的色散控制较好,不存在杂色、彩虹效应等问题。并且几何光波导在显示图像时,正面漏光率低至 1%以下,有效地保护了用户的隐私。

衍射光波导核心在于光栅的物理结构,利用光的衍射和全内反射条件将远场光线传输至近眼处,并投射到外部环境,实现图像与外部环境的自然融合。衍射光波导可分为表面浮雕光波导和体全息光波导:

1)表面浮雕光波导:矩形光栅常被用于衍射光波导的耦合器件,其中准直光束通过耦合光栅衍射,以全内反射在波导内传播,最终通过输出耦合光栅被双眼接收;倾斜的表面浮雕光栅通过打破对称性,在特定阶次上实现高衍射效率。

2)体全息光波导是一种基于干涉原理的三维周期性折射率结构,理论上在满足布拉格条件时,其衍射效率可接近 100%,但随着偏离角度的增加,衍射效率会有所降低。Kogelnik在 1969 年提出了耦合波理论来分析体全息光栅的衍射特性,可以精确预测不同全息光栅参数下的光栅衍射效率。随后提出并设计了多款基于全息衍射元件的头戴式显示器,当光线在玻璃基底内完全反射时,遇到全息表面会发生衍射,从而不再满足全反射条件并从玻璃板透射出去,该技术还能调整入射瞳孔大小以实现光出射区域的连续性。

5 机器人:多视觉传感器融合,光学赛道再添新军

一个典型的机器视觉系统,一般包括光源及光源控制器、镜头、相机、视觉控制系统(视觉处理分析软件及视觉控制器硬件)等。其中,光源及光源控制器、镜头、相机等硬件部分负责成像功能,视觉控制系统负责对成像结果进行处理分析。而机器人视觉是一种赋予机器人“看”与“理解”能力的技术。它通过计算机视觉和图像处理技术,使机器人能像人类一样感知和理解周围环境。具体来说,机器人视觉系统通过摄像头等传感器,获取环境图像信息,并运用图像处理、计算机视觉和人工智能等技术,对采集到的视觉信息进行分析和理解,实现对环境的感知、识别和定位等功能。

按照成像维度不同,机器视觉技术可以分为 2D 视觉和 3D 视觉。2D 视觉算法包括标定、预处理、图像定位、图像测量、图像检测和图像识别与分类等功能;3D 视觉算法包括 3D 重构算法、预处理、测量、定位、检测和训练软件算法开发包等功能。其中 2D 视觉基于二维图像,广泛应用于工业检测、机器人导航等领域;而 3D 视觉则用于获取深度信息,构建三维空间模型。目前主流 3D 测距方法主要包括单目视觉、双目视觉、结构光法、TOF 飞行时间法,激光三角测距法等。

1)双目立体视觉法(Stereo Vision)

双目立体视觉法的原理是基于立体视觉的三维测量技术,通过两个相机分别获取左右两幅图像,并通过视差计算出目标的深度图像。根据是否具备主动发射光源,可以分为被动双目以及主动双目技术,二者区别在于主动双目包含一个激光发射端,可以主动向空间投射出图案以对空间进行主动编码,相比而言,被动双目技术则要求目标物体具有纹理特征信息。双目立体视觉法的测量精度低,最佳测量距离<15m,主要适用于汽车侧面、室外机器人、智能安防等。

2)结构光法(Structured Light)

结构光法基于三角测量原理的三维成像方法,主要由激光发射端、接收端以及深度引擎芯片等组成。激光发射端用于向三维空间投射激光散斑,以对整个三维空间进行编码;接收端用于接收空间编码信息,并输入到深度引擎芯片,深度引擎芯片固化了深度引擎算法以实现对空间编码信息的解码计算以输出 3D 信息。结构光法的优点是近距离精度较高,最佳测量距离<5m,且分辨率高,适用于手机前置、刷脸支付、刷脸门锁、服务机器人、安防监控、屏下 3D 结构光等。

3)飞行时间法(Time of Flight)

i)iToF:一种通过直接测量激光从发射到接收之间的飞行时间来实现距离测量的技术,主要包括发射端、接收端以及深度引擎芯片,发射端激光一般被调制成连续波和脉冲波两大类,接收端则通过 ToF 感光芯片来采集返回光信号,由处理电路实现相位差计算,并进一步对相位差进行滤波、转换等计算以获取深度图像。其测量精度在中等距离较高,最佳测量距离<3.5m,主要适用于手机前置、后置、扫地机器人、AR/VR、门禁等。

ii)dToF:一种通过直接计算脉冲光从发射到接收之间的飞行时间来实现距离测量的技术,主要包含激光发射端和单光子探测阵列芯片。激光发射端向目标发射脉冲光束,经物体反射后被单光子探测阵列芯片采集,获取脉冲光束的飞行时间,进一步计算以获取深度图像。其测量精度在远距离较高,最佳测量距离<5m,主要适用于手机后置、平板后置、扫地机器人等。

4)激光雷达(LiDAR)

LiDAR 是基于 dToF 技术原理,通过扫描实现远距离阵列测距,主要面向户外远距离应用,分为机械式激光雷达、固态激光雷达和半固态激光雷达。

i)机械式激光雷达是通过电机带动光机结构整体 360°旋转,向周围发射激光束,实现全方位扫描,形成点云。这种扫描方式能实现 360°全方位感知,性能较高,常用于Robotaxi 的测试和迭代。

ii)固态激光雷达的内部无任何运动部件,结构简单,具有可靠性高、生产效率高、一致性好等优点。目前主要有 OPA(相控阵)和 Flash(泛光面阵式)两种主流技术路线,OPA 通过调节发射阵列中各个单元的相位差来改变激光光束的发射角度;Flash 则通过高密度的激光源阵列,在短时间内发射覆盖一片区域的激光,并用高灵敏度的接收器构建三维图像。

iii)半固态激光雷达是现阶段量产车的主流方案,兼具机械式和固态激光雷达的一些特点。可分为一维扫描和二维扫描,通过内部运动的反射镜来改变激光的方向。二维扫描又可细分为 MEMS 和二维转镜两种方案。MEMS 方案通过厘米尺度的振镜在横纵两轴高速周期运动来改变激光反射方向,简化了扫描结构,但悬臂梁转动角度有限,单个振镜覆盖的视场角小,常需多台拼接,可能导致点云图像畸变和重叠,增加算法处理难度;二维转镜方案由横轴旋转的多边形棱镜和纵轴摆动的镜子组成,仅需一束光源就能完成扫描任务,但扫描频率和功率要求高,给扫描器件带来可靠性挑战。一维扫描采用仅在水平方向上低速转动的反射镜来改变光线方向,获得视场角覆盖,稳定性和可靠性更高。

除了车用激光雷达,机器人激光雷达市场也在不断扩大。根据 Yole 数据,2023 年全球乘用车、轻型商用车(LCV)和 Robotaxi 的 LiDAR 市场估计为 5.38 亿美元,同比增长79%。预计该市场将以 38%的 CAGR 增长,到 2029 年将达到 36 亿美元。根据新战略移动机器人产业研究所统计,2023 年中国市场 AGV/AMR 专用激光雷达销售数量约210000 台,销售规模约 8 亿元。近两年,AGV/AMR 专用激光雷达市场实现了高速的发展,这主要在于 AGV/AMR 整体产业的快速发展,尤其是自然导航类 AMR 应用速度的不断加快,进一步提升了市场对于激光雷达的需求。

中国机器视觉市场逐渐扩大,3D 视觉市场持续增长。根据 GGII 数据,2023 年中国机器视觉市场规模 185 亿元,同比增长 8.5%。其中,2D 视觉市场规模约为 162 亿元,同比增长 6.1%,3D 视觉市场规模约为 24 亿元,同比增长 28.4%。基于对外部环境的不确定性与产业投资谨慎度上升的判断,GGII 整体调低了未来几年机器视觉市场的增速预期,预计至 2028 年我国机器视觉市场规模将超过 395 亿元,2024-2028 年复合增长率约为17.5%,其中2D视觉市场规模将达到315亿元,2024-2028年复合增长率为15.3%。3D 视觉市场规模接近 80 亿元,2024-2028 年复合增长率约为 28.9%。

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