前言：光學(xué)一直是科技創(chuàng)新的重頭戲，智能手機(jī)攝像頭經(jīng)歷了2D時(shí)代像素和個(gè)數(shù)的倍增，孕育了大立光等優(yōu)質(zhì)公司。3D成像技術(shù)的成熟拉開(kāi)了二維向三維升級(jí)的帷幕，有望帶動(dòng)光學(xué)創(chuàng)新大革命（絕非“微創(chuàng)新”可比），本文作為市場(chǎng)首篇深度剖析，將為投資者挖掘相關(guān)投資機(jī)會(huì)。

1、3D 成像究竟是什么？

光學(xué)升級(jí)一直停留在像素、感光等二維層面，也是智能手機(jī)創(chuàng)新周期的主驅(qū)動(dòng)力。3D成像在二維的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)了像素景深的疊加，拍照的同時(shí)記錄下對(duì)象的立體信息，推動(dòng)人臉識(shí)別、虹膜識(shí)別、手勢(shì)控制、機(jī)器視覺(jué)等變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)，是開(kāi)啟AI和AR時(shí)代的感知鑰匙。

2、為什么說(shuō)3D 成像即將帶動(dòng)下一輪光學(xué)創(chuàng)新浪潮？

1）空間：交互向三維升級(jí)，遠(yuǎn)非平面像素升級(jí)可比；

2）產(chǎn)業(yè)鏈：已實(shí)現(xiàn)商用，我們判斷結(jié)構(gòu)光方案大概率成為2017年某頂級(jí)品牌殺手锏；

3）成本：有望實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)生物識(shí)別的替代，性?xún)r(jià)比極高；

4）廠商意愿：目前了解到國(guó)產(chǎn)大廠跟進(jìn)意愿極強(qiáng)。

3、為何我們強(qiáng)調(diào)要重視3D 成像？

1）大概率爆發(fā)，堪比五年前的觸屏，一年前的雙攝；

2）預(yù)期差極大：產(chǎn)業(yè)鏈新，產(chǎn)業(yè)和資本3D 成像認(rèn)知度都不高。

4、3D 成像爆發(fā)，潛在受益環(huán)節(jié)有哪些？

3D成像主要有發(fā)射端和接收端組成，我們預(yù)計(jì)關(guān)鍵器件產(chǎn)能很可能被鎖定，嚴(yán)重供不應(yīng)求，核心零組件擁有充分定價(jià)權(quán)。發(fā)射端高端激光發(fā)射器（VCSEL）和準(zhǔn)直鏡頭產(chǎn)能和專(zhuān)利被頂級(jí)公司綁定，接收端窄帶濾光片產(chǎn)能瓶頸明顯。同時(shí)3D成像將帶動(dòng)攝像頭模組單價(jià)大幅提升。

投資評(píng)級(jí)與估值

我們認(rèn)為3D成像未來(lái)兩年將實(shí)現(xiàn)快速普及，目前存在強(qiáng)烈的預(yù)期差，強(qiáng)烈看好產(chǎn)業(yè)鏈具備核心競(jìng)爭(zhēng)力的公司，首推濾光片龍頭水晶光電，看好核心器件LITE.O、VIAV.O、STM.N、AMS.SIX，模組公司舜宇、歐菲光、丘鈦等大概率受益。

有別于市場(chǎng)的觀點(diǎn)：

1）我們判斷頂級(jí)品牌將采用前置結(jié)構(gòu)光，3D成像和虹膜融合；

2）未來(lái)兩年前置結(jié)構(gòu)光+后置TOF有望得到推廣；

3）國(guó)產(chǎn)手機(jī)跟進(jìn)意愿強(qiáng)烈，預(yù)計(jì)明年3D成像即將普及。

風(fēng)險(xiǎn)提示：客戶(hù)推進(jìn)不及時(shí)；耗電量過(guò)大影響待機(jī)；手機(jī)銷(xiāo)量不及預(yù)期。

1、3D成像，交互實(shí)現(xiàn)向三維的飛躍

1.1 光學(xué)的升級(jí)一直停留在二維的像素提升

拍照一直是智能手機(jī)的重要賣(mài)點(diǎn)，像素和拍照性能是換機(jī)的主驅(qū)動(dòng)力之一，以iPhone為例，后置相機(jī)從單顆2M升級(jí)到雙12M，前置相機(jī)從無(wú)到8M，其性能提升幅度遠(yuǎn)超其他任何零組件。

雖然光學(xué)性能提升幅度巨大，但是仍然沿用著最傳統(tǒng)的原理：二維成像，即把現(xiàn)實(shí)三維世界的圖像信息映射到二維的CMOS感光元件上實(shí)現(xiàn)成像。

1.2 3D成像包含像素景深信息的疊加

普通攝像頭都是2D平面成像的，丟失了物理世界中的第三維信息（尺寸和距離等幾何數(shù)據(jù)），計(jì)算機(jī)只能實(shí)現(xiàn)影像記錄和平面圖像特征識(shí)別，分析算法難度極大，目前能夠?qū)崿F(xiàn)的智能分析功能十分有限。

3D成像能夠識(shí)別視野內(nèi)空間每個(gè)點(diǎn)位的三維坐標(biāo)信息，從而使得計(jì)算機(jī)得到空間的3D數(shù)據(jù)并能夠復(fù)原完整的三維世界并實(shí)現(xiàn)各種智能的三維定位。

1.3 目前主流的3D成像包括結(jié)構(gòu)光、TOF和雙目

主流的3D 成像技術(shù)有三種：

1）結(jié)構(gòu)光（Structured Light）。結(jié)構(gòu)光投射特定的光信息到物體表面后，由攝像頭采集。根據(jù)物體造成的光信號(hào)的變化來(lái)計(jì)算物體的位置和深度等信息，進(jìn)而復(fù)原整個(gè)三維空間。

2）TOF（Time Of Flight，飛行時(shí)間）。通過(guò)專(zhuān)有傳感器，捕捉近紅外光從發(fā)射到接收的飛行時(shí)間，判斷物體距離。

3）雙目測(cè)距（Stereo System）。利用雙攝拍攝物體，再通過(guò)三角形原理計(jì)算物體距離。

1.3.1 結(jié)構(gòu)光的原理及實(shí)現(xiàn)

1）結(jié)構(gòu)光的原理

結(jié)構(gòu)光顧名思義就是有特殊結(jié)構(gòu)的光，比如離散光斑、條紋光、編碼結(jié)構(gòu)光等。將這樣的一維或二維的圖像投影至被測(cè)物上，根據(jù)圖像的大小畸變，就能判斷被測(cè)物的表面形狀即深度信息。

舉個(gè)例子，拿一個(gè)手電照射墻壁，站近或站遠(yuǎn)，墻上的光斑是不同大小的，從不同角度照射墻，光斑也會(huì)呈現(xiàn)不同的橢圓。這就是結(jié)構(gòu)光的基礎(chǔ)。而深度計(jì)算的方式也有多種，如我們這里重點(diǎn)說(shuō)一下被蘋(píng)果公司收購(gòu)的以色列PrimeSense公司Light Coding方案。

Light Coding的光源稱(chēng)為“激光散斑”，根據(jù)PrimeSense在專(zhuān)利中的描述，紅外激光生成器射出準(zhǔn)直后的激光束，通過(guò)光學(xué)衍射元件DOE（Diffractive Optical Elements，如擴(kuò)散片和光柵）進(jìn)行衍射，進(jìn)而得到所需的散斑圖案。這些散斑具有高度的隨機(jī)性，而且會(huì)隨著距離的不同而變換圖案。也就是說(shuō)空間中任意兩處的散斑圖案都是不同的。

只要在空間中打上這樣的結(jié)構(gòu)光，整個(gè)空間就都被做了標(biāo)記，把一個(gè)物體放進(jìn)這個(gè)空間，只要看看物體上面的散斑圖案，就可以知道這個(gè)物體在什么位置了。當(dāng)然，在這之前要把整個(gè)空間的散斑圖案都記錄下來(lái)，所以要先做一次光源基準(zhǔn)標(biāo)定（pattern）。

Light Coding 發(fā)射940nm波長(zhǎng)的近紅外激光，透過(guò)diffuser（光柵、擴(kuò)散片）將激光均勻分布投射在測(cè)量空間中，再透過(guò)紅外線(xiàn)攝影機(jī)記錄下空間中每個(gè)參考面上的每個(gè)散斑，形成基準(zhǔn)標(biāo)定。標(biāo)定時(shí)取的參考面越密，則測(cè)量越精確。獲取原始數(shù)據(jù)后，IR傳感器捕捉經(jīng)過(guò)被測(cè)物體畸變（調(diào)制）后的激光散斑pattern；通過(guò)芯片計(jì)算，可以得到已知pattern與接收pattern在空間（x, y, z）上的偏移量，求解出被測(cè)物體的深度信息。

2）技術(shù)實(shí)現(xiàn)

結(jié)構(gòu)光的實(shí)現(xiàn)難度有如下幾個(gè)方面：

1）首先是經(jīng)濟(jì)成本，深度攝像頭遠(yuǎn)高于一般的攝像頭；

2）攝像頭需要的空間和功率限制，手機(jī)攝像頭已經(jīng)可以做到很小的體積和很小的功率，但是深度攝像頭還很難，特別是如果希望能達(dá)到比較高的精度；

3）很多深度攝像頭是需要額外光源的，因此還要專(zhuān)門(mén)的散熱設(shè)備。4）后端的軟件匹配。

1.3.2 TOF原理及技術(shù)實(shí)現(xiàn)

1）TOF原理

Time of Flight是一種主動(dòng)式深度感應(yīng)技術(shù)，在每個(gè)像素點(diǎn)，除了記錄光線(xiàn)強(qiáng)度信息之外，也記錄下來(lái)光線(xiàn)從光源到該像素點(diǎn)的時(shí)間（即Time of Flight）。首先讓裝置發(fā)出脈沖光，同時(shí)接收目標(biāo)物的反射光，藉由測(cè)量時(shí)間差算出目標(biāo)物的距離。

如上圖所示，假設(shè)脈沖波形的頻率為f，接收與發(fā)送脈沖波形的相位偏移是?φ，則?φ/2πf為脈沖波形往返所經(jīng)歷的時(shí)間。用光速c乘以時(shí)間則可以得到往返距離。

2）TOF技術(shù)實(shí)現(xiàn)

TOF的硬件實(shí)現(xiàn)方式和結(jié)構(gòu)光類(lèi)似，區(qū)別只是在于算法上，結(jié)構(gòu)光采用編碼過(guò)的光pattern進(jìn)行投射，而TOF直接計(jì)算相位差。

1.3.3 雙目測(cè)距，傳統(tǒng)的3D感知方法

雙目測(cè)距原理類(lèi)似人的雙眼，在自然光下通過(guò)兩個(gè)攝像頭抓取圖像，通過(guò)三角形原理來(lái)計(jì)算并獲得深度信息。目前的雙攝就是雙目測(cè)距的典型應(yīng)用。

1.4 3D成像是開(kāi)啟AI和AR時(shí)代的感知鑰匙

以AI的機(jī)器視覺(jué)為例，目前主流在2D圖像上通過(guò)算法實(shí)現(xiàn)智能識(shí)別，但是由于2D圖像本身包含的信息有限，即使算法再先進(jìn)，輸入信息將成為智能化的短板，如果能夠有全面的三維信息，每個(gè)對(duì)象的三維輪廓、物理特征將更為充分識(shí)別，提升導(dǎo)航、軌跡、識(shí)別等AI應(yīng)用能力。同樣的，AR應(yīng)用中3D成像也是必不可少。

2、3D成像即將帶動(dòng)下一輪光學(xué)創(chuàng)新浪潮

2.1 交互向三維升級(jí)，想象空間巨大

縱觀人機(jī)交互的歷史，打孔指令帶、DOS系統(tǒng)+鍵盤(pán)形成了早期一維人機(jī)交互；Windows+鼠標(biāo)的二維交互方式開(kāi)啟了互聯(lián)網(wǎng)/PC時(shí)代，觸摸屏和攝像頭的二維交互方式則開(kāi)啟了移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)/智能手機(jī)時(shí)代，而到了以AR為代表的下一代計(jì)算平臺(tái)，則需要三維的交互方式。

在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)時(shí)代，觸摸屏和攝像頭成為主要的人機(jī)交互媒介。觸摸屏可以方便地實(shí)現(xiàn)各種操作，相比鍵盤(pán)和鼠標(biāo)更為自然和順暢。攝像頭實(shí)現(xiàn)了大量的內(nèi)容輸入，也是一種重要的人機(jī)交互媒介。

但觸摸屏和攝像頭仍屬于2D的交互方式。在觸摸屏上，我們只能實(shí)現(xiàn)平面范圍內(nèi)的感應(yīng)和觸控，即使出現(xiàn)了3D Touch等新的觸控方式，人機(jī)交互也依然只局限在一個(gè)平面上。而現(xiàn)有的攝像頭則只能實(shí)現(xiàn)2D圖片的拍攝，無(wú)法實(shí)現(xiàn)3D圖像的交互。

而到了以AR為代表的下一代計(jì)算平臺(tái)，則需要3D的交互方式，這是由AR設(shè)備的定義所要求的。AR技術(shù)是指借助計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)和人工智能技術(shù)產(chǎn)生物理世界中不存在的虛擬對(duì)象, 并將虛擬對(duì)象準(zhǔn)確“放置”在現(xiàn)實(shí)世界中。通過(guò)更自然的交互，呈現(xiàn)給用戶(hù)一個(gè)感知效果更豐富的新環(huán)境。

由于現(xiàn)實(shí)環(huán)境是3D的，所以AR技術(shù)為了實(shí)現(xiàn)逼真的效果，也需要產(chǎn)生3D的虛擬對(duì)象，并把3D的虛擬對(duì)象疊加顯示在現(xiàn)實(shí)的物理環(huán)境中，這就要求AR設(shè)備可以實(shí)現(xiàn)3D的輸入和輸出。

由于AR所需要的是3D的交互，所以現(xiàn)有的觸摸屏和攝像頭等2D的交互方式并不滿(mǎn)足AR的要求，需要新的交互技術(shù)。

三維交互的應(yīng)用廣泛：精確的臉部識(shí)別可以用于解鎖、支付；精確的手勢(shì)及動(dòng)作識(shí)別可以用于家庭游戲娛樂(lè)；精確的人形建模可以讓網(wǎng)購(gòu)更有效率，讓移動(dòng)社交更真實(shí)。而全球生物識(shí)別（2015年130億美金）、游戲（2016年996億美金）、B2C電商（2015年2.2萬(wàn)億美金）加在一起粗略統(tǒng)計(jì)是一個(gè)超過(guò)2萬(wàn)億美金級(jí)別的市場(chǎng)。哪怕三維成像應(yīng)用滲透率只有10%，都將造就一個(gè)萬(wàn)億人民幣級(jí)別的市場(chǎng)規(guī)模。3D成像的未來(lái)想象空間巨大！

2.2 已實(shí)現(xiàn)商用，預(yù)計(jì)成為2017年頂級(jí)品牌手機(jī)殺手锏

從技術(shù)角度來(lái)說(shuō)，3D成像并不是近年才新出現(xiàn)的。自2009年微軟發(fā)布基于3D成像的游戲體感交互設(shè)備Kinect已經(jīng)有8年時(shí)間，而Google的Project Tango也提出了4年。隨著圖像處理芯片技術(shù)的更新?lián)Q代，AR需求的不斷涌現(xiàn)以及AI大數(shù)據(jù)技術(shù)的風(fēng)起云涌，進(jìn)一步坐實(shí)了一個(gè)事實(shí)：3D成像已經(jīng)過(guò)了技術(shù)基礎(chǔ)期，即將進(jìn)入長(zhǎng)達(dá)5年以上的高速成長(zhǎng)期。

2.2.1 微軟Kinect，體感識(shí)別游戲終端

2009年6月2日，微軟在東京電玩展上首次發(fā)布針對(duì)XBOX360的體感周邊外圍設(shè)備Kinect，當(dāng)時(shí)的代號(hào)為Project Natal（初生計(jì)劃）。首日便超過(guò)了WII主機(jī)的發(fā)售數(shù)據(jù)，之后再以光速超越游戲市場(chǎng)上的所有記錄，讓微軟在北美乃至全球市場(chǎng)都可以揚(yáng)眉吐氣。不僅如此，這樣具備著強(qiáng)大潛在實(shí)力的技術(shù)吸引了多達(dá)世界上8成左右的游戲廠商加盟，為后續(xù)的游戲產(chǎn)業(yè)鏈奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

Kinect徹底顛覆了以往游戲的人機(jī)交互方式，相比對(duì)手任天堂Wii依靠游戲桿上的傳感器Wii Remote識(shí)別用戶(hù)動(dòng)作的限制，Kinect不需任何手持設(shè)備，能捕捉玩家全身上下的動(dòng)作，直接用身體來(lái)進(jìn)行游戲，帶給玩家“免控制器的游戲與娛樂(lè)體驗(yàn)”，也讓游戲類(lèi)型更加豐富。

Kinect V1采用PrimeSense（2013年被蘋(píng)果收購(gòu)）結(jié)構(gòu)光方案，硬件上由三個(gè)鏡頭組成，中間的鏡頭是 RGB 彩色攝像頭，用來(lái)采集彩色圖像。左右兩邊鏡頭則分別為紅外激光發(fā)射器和紅外CMOS 攝像頭所構(gòu)成的3D結(jié)構(gòu)光深度感應(yīng)器，用來(lái)采集深度數(shù)據(jù)（場(chǎng)景中物體到攝像頭的距離）。

彩色攝像頭最大支持640*480分辨率成像，紅外攝像頭最大支持320*240成像。同時(shí)，Kinect V1還搭配了追焦技術(shù)，底座馬達(dá)會(huì)隨著對(duì)焦物體移動(dòng)跟著轉(zhuǎn)動(dòng)。Kinect V1也內(nèi)建陣列式麥克風(fēng)，由四個(gè)麥克風(fēng)同時(shí)收音，比對(duì)后消除雜音，并通過(guò)其采集聲音進(jìn)行語(yǔ)音識(shí)別和聲源定位。

PrimeSense的結(jié)構(gòu)光方案，通過(guò)Infrared projector發(fā)射一副具有三維縱深的“立體”編碼近紅外激光（光源通過(guò)準(zhǔn)直鏡頭和DOE器件形成衍射光斑），再通過(guò)接收端的Infrared camera收集經(jīng)人體反射回來(lái)的紅外光線(xiàn)。

這種光斑具有高度的隨機(jī)性，而且隨著距離的不同會(huì)出現(xiàn)不同的圖案，也就是說(shuō)在同一空間中任何兩個(gè)地方的散斑圖案都不相同。只要在空間中打上這樣的結(jié)構(gòu)光然后加以記憶就讓整個(gè)空間都像是被做了標(biāo)記，然后把一個(gè)物體放入這個(gè)空間后只需要從物體的散斑圖案變化就可以知道這個(gè)物體的具體位置。

當(dāng)然，首先后臺(tái)需要保存空間標(biāo)定數(shù)據(jù)，假設(shè)Kinect規(guī)定的用戶(hù)空間是距離電視機(jī)的1米到4米范圍，每個(gè)10cm取一個(gè)參考平面，那么標(biāo)定下來(lái)我們就保存了30幅散斑圖像，需要進(jìn)行測(cè)量的時(shí)候，拍攝一副待測(cè)量的散斑圖像，作為基準(zhǔn)數(shù)據(jù)信息。

將這幅圖像和我們保存下來(lái)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)信息依次做互相關(guān)運(yùn)算，這樣我們會(huì)得到30幅相關(guān)度圖像，而空間中的物體存在的位置，在相關(guān)圖像上會(huì)顯示出峰值，把這些縫制一層層疊加在一起，在經(jīng)過(guò)插值運(yùn)算就會(huì)得到整個(gè)場(chǎng)景的三維形狀了。

2.2.2Google Project Tango,全球首款A(yù)R智能手機(jī)

Tango在谷歌已存在4年時(shí)間，2013年初谷歌的ATAP（先進(jìn)科技與計(jì)劃）團(tuán)隊(duì)就已開(kāi)始著手相關(guān)的研發(fā)。Project Tango的技術(shù)主要是使用傳感器和攝像頭來(lái)對(duì)室內(nèi)建筑進(jìn)行3D建模，同時(shí)還具備無(wú)限寬廣的應(yīng)用場(chǎng)景，包括繪制3D地圖，幫助盲人在陌生的地方導(dǎo)航，讓人們能利用家中的環(huán)境玩擬真的3D游戲等。

2014年2月，Project Tango的原型機(jī)亮相，只面對(duì)開(kāi)發(fā)者提供首批200臺(tái)原型機(jī)。根據(jù)拆機(jī)圖片，前置攝像頭已省去，后置包含4顆鏡頭，分別是普通的400萬(wàn)像素RGB攝像頭，用于3D成像的紅外發(fā)射器和紅外接收器，以及一顆魚(yú)眼鏡頭用于動(dòng)作捕捉。這三顆攝像頭模組均由大陸模組廠商舜宇光學(xué)提供。

另值得一提的是，硅谷初創(chuàng)公司Movidius（2016年9月被Intel收購(gòu)）的處理器用于輔助CPU進(jìn)行圖像的運(yùn)算處理。整機(jī)配有一顆容量3000mAh容量的鋰電池。

搭載Tango的首款商用機(jī)型聯(lián)想Phab2 Pro于2016年Tech World大會(huì)正式發(fā)布，價(jià)格為499美元，Phab2 Pro尺寸達(dá)到了6.4"。同時(shí)，配有全金屬機(jī)身和2.5D蓋板玻璃。

由于PrimeSense被蘋(píng)果收購(gòu)，Google在Phab 2 Pro改用TOF技術(shù)進(jìn)行3D成像，設(shè)有三種攝像頭：最上方一顆是三星的1600萬(wàn)像素RGB CMOS攝像頭，用于常規(guī)拍照；最下方是OV魚(yú)眼鏡頭，用于動(dòng)作捕捉；兩者之間則是TOF系統(tǒng)構(gòu)成，有上方的Princeton提供的IR VCSEL，和下方英飛凌及pmd共同提供的IR Depth sensor。這三顆攝像頭模組均由大陸模組廠商舜宇光學(xué)提供。

為了提供三維場(chǎng)景，三種攝像頭各司其職，并與其它傳感器“合作”，以實(shí)現(xiàn)以下功能：

（1）運(yùn)動(dòng)追蹤（Motion Tracking）：通過(guò)移動(dòng)設(shè)備自帶的多種傳感器，在不通過(guò)外界信號(hào)的情況下，實(shí)時(shí)獲取設(shè)備的姿態(tài)與位置，追蹤設(shè)備在三維空間中的運(yùn)動(dòng)軌跡。Tango創(chuàng)新性地采用了攝像頭與慣性測(cè)量單位（IMU）結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)精確的運(yùn)動(dòng)追蹤功能。

（2）環(huán)境學(xué)習(xí)（Area Learning）：利用視覺(jué)信息記錄與索引外界環(huán)境，自動(dòng)矯正環(huán)境構(gòu)建與運(yùn)動(dòng)追蹤中積累的誤差，識(shí)別重復(fù)環(huán)境。該功能描述起來(lái)很容易，但實(shí)施起來(lái)則相當(dāng)?shù)睦щy，首先設(shè)備會(huì)對(duì)其拍攝的每一幀照片提取特征，然后對(duì)出現(xiàn)的特征進(jìn)行保存和引索，再利用一些高效的儲(chǔ)存和搜索算法，實(shí)時(shí)地判斷新的一幀是否跟過(guò)去曾經(jīng)拍攝的環(huán)境有相似之處，如果匹配準(zhǔn)確的話(huà)，設(shè)備可以立即利用之前已經(jīng)收集的環(huán)境信息。

（3）深度感知（Depth Perception）：利用自帶的三維飛行時(shí)間攝像頭掃描外界三維環(huán)境，構(gòu)筑三維模型，再配合運(yùn)動(dòng)追蹤，即可告訴設(shè)備在空間中的位置，與四周障礙物的距離。

2.3成本：有望實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)生物識(shí)別的替代，性?xún)r(jià)比極高

正如我們上文所述，如果將3D成像搭載在手機(jī)前置攝像機(jī)，可以通過(guò)利用人臉識(shí)別完成屏幕解鎖，同時(shí)可以利用虹膜識(shí)別完成密碼支付，其安全性將強(qiáng)于目前的指紋識(shí)別。

2.3.1 成本增加較少，安全性更強(qiáng)

經(jīng)過(guò)我們的測(cè)算，以頂級(jí)客戶(hù)方案為例，目前其BOM成本不超過(guò)15美元，而前置3D成像完全可以實(shí)現(xiàn)對(duì)Touch模組的替代，而后者目前BOM成本約在6-7美元，所以3D成像實(shí)際增加成本在5-10美元，成本增加并不明顯。

2.3.2手機(jī)可以做到屏幕占比很高

3D成像除了更安全，實(shí)現(xiàn)更多功能以外，也符合蘋(píng)果的持續(xù)追求的外觀目標(biāo)：增加屏幕在手機(jī)中的占比。從iPhone4開(kāi)始，通過(guò)窄邊框提升屏幕在手機(jī)正面占比，而OLED顯示的成熟更可以充分利用正面有效面積，而這時(shí)龐大的Touch區(qū)域已經(jīng)顯的非常礙眼了，所以從我們產(chǎn)業(yè)了解到信息，手機(jī)廠一直有強(qiáng)烈的意愿取消掉前置的Touch模組，而3D成像正好完美解決這一痛點(diǎn)。

2.4廠商意愿：目前了解到國(guó)產(chǎn)大廠跟進(jìn)意愿極強(qiáng)

結(jié)構(gòu)光方案最主要的玩家PrimeSense被蘋(píng)果收購(gòu)后，部分客戶(hù)轉(zhuǎn)向了TOF方案，但是仍然有方案公司繼續(xù)在結(jié)構(gòu)光領(lǐng)域探索。深圳的奧比中光便是其中的代表，目前其結(jié)構(gòu)光方案已經(jīng)較為成熟，可以商用在機(jī)器人、無(wú)人機(jī)導(dǎo)航等領(lǐng)域，同時(shí)手機(jī)微型化的方案也正是推出。

目前我們了解到國(guó)產(chǎn)手機(jī)大廠對(duì)于3D成像需求非常迫切，跟進(jìn)意愿極強(qiáng)，已經(jīng)開(kāi)始尋找PrimeSense以外的結(jié)構(gòu)光方案合作商，而奧比中光正好彌補(bǔ)了這一缺口。

3、3D成像將是下一個(gè)爆發(fā)式的創(chuàng)新

3.1回顧觸控和雙攝，真正的革命滲透速度極快，享受估值溢價(jià)

3.1.1觸摸屏曾經(jīng)的輝煌，大陸電子產(chǎn)業(yè)的啟蒙

大陸電子產(chǎn)業(yè)，尤其是上市公司，在2010年以切入蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)為標(biāo)志，享受下游需求快速增長(zhǎng)的同時(shí)，也實(shí)現(xiàn)了對(duì)***供應(yīng)鏈的節(jié)節(jié)勝利。其中觸摸屏可謂是行業(yè)的啟蒙者：

1）自iPhone帶動(dòng)以后，觸摸屏在2010年以后實(shí)現(xiàn)爆發(fā)式成長(zhǎng)；

2）以萊寶高科為例切入蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)鏈以后業(yè)績(jī)的突飛猛進(jìn)也讓市場(chǎng)記憶深刻；

3）隨后國(guó)產(chǎn)手機(jī)的跟進(jìn)，造就了一批歐菲、合力泰、信利等觸控的大牛股。

蘋(píng)果產(chǎn)業(yè)開(kāi)始推動(dòng)大陸資本市場(chǎng)對(duì)于電子的研究范式大為革新，市場(chǎng)認(rèn)識(shí)到電子行業(yè)也是成長(zhǎng)股的搖籃。7年以后的今天，雖然市場(chǎng)擔(dān)心創(chuàng)新放緩，但是任何快速滲透的技術(shù)都不應(yīng)該忽視，真正的革命能夠享受估值溢價(jià)。

3.1.2雙攝帶動(dòng)攝像頭空間翻倍，微創(chuàng)新也有大能量

最近一個(gè)快速滲透的例子就是雙攝像頭，自iPhone7推出以后，雙攝已經(jīng)成為高端手機(jī)的標(biāo)配，其滲透速度也經(jīng)歷快速爆發(fā)，即使在手機(jī)增長(zhǎng)放緩的背景下，舜宇、大立光、丘鈦等相關(guān)公司也實(shí)現(xiàn)了戴維斯雙擊。

舜宇等公司不是個(gè)例，我們認(rèn)為其股價(jià)持續(xù)創(chuàng)新高，體現(xiàn)了光學(xué)杰出的行業(yè)屬性，即使是雙攝像頭個(gè)數(shù)的創(chuàng)新就能帶動(dòng)行業(yè)持續(xù)成長(zhǎng)。

3.2預(yù)期差極大，產(chǎn)業(yè)和資本認(rèn)識(shí)不足

3.2.1大陸***產(chǎn)業(yè)鏈參與少，3D成像預(yù)期差大

iPhone剛上市的時(shí)候保密性極佳，尤其是iPhone4上市著實(shí)給市場(chǎng)很大震撼，但隨著銷(xiāo)量規(guī)模的飛速成長(zhǎng)和大陸***公司越來(lái)越多的參與，iPhone創(chuàng)新提前走漏的案例比比皆是，大部分iPhone8的創(chuàng)新在2016年就已經(jīng)提前被產(chǎn)業(yè)鏈所獲知，所以資本市場(chǎng)提前會(huì)有預(yù)期，但是這次3D成像保密性可謂前所未有，所以消息源是來(lái)自于美股的公司業(yè)績(jī)說(shuō)明會(huì)透露的細(xì)節(jié)。

到目前為止，市場(chǎng)對(duì)于3D成像究竟用結(jié)構(gòu)光還是TOF尚未認(rèn)識(shí)完全，至于具體的產(chǎn)業(yè)鏈細(xì)節(jié)和工作原理更是知之甚少，所以這次光學(xué)變革預(yù)期差充足。市場(chǎng)一度有人猜測(cè)為蘋(píng)果將采用tof的成像方案，也側(cè)面說(shuō)明了此次3D成像的保密的成功。

3.2.2方正觀點(diǎn)：預(yù)計(jì)蘋(píng)果將采用前置結(jié)構(gòu)光方案，融合虹膜識(shí)別

蘋(píng)果早在多年前已經(jīng)開(kāi)始3D成像的布局，2013年收購(gòu)結(jié)構(gòu)光主要方案是Primesense，同時(shí)也公布了US9519396B2（利用三維信息完成合成）、US8933876B2（三維空間手勢(shì)識(shí)別）、諸多線(xiàn)索指向蘋(píng)果未來(lái)的3D成像意圖。

從原理上來(lái)看，結(jié)構(gòu)光只需要拍兩次照即可實(shí)現(xiàn)3D距離的探測(cè)，而tof成像延時(shí)較長(zhǎng)，圖像分辨率偏低；同時(shí)由于結(jié)構(gòu)光光斑較多，衍射范圍大，如果探測(cè)距離較遠(yuǎn)容易影響精度，所以探測(cè)距離是結(jié)構(gòu)光的劣勢(shì)。

蘋(píng)果2013年斥資3.45億美元收購(gòu)Primesense，而Primesense正式結(jié)構(gòu)光方案最主要的專(zhuān)利持有者。我們判斷蘋(píng)果的3D成像將會(huì)以前置的方式配置，考慮到在前置方案需要高精度、低延時(shí)，同時(shí)對(duì)于探測(cè)距離要求并不高，所以我們認(rèn)為蘋(píng)果的3D成像將會(huì)是前置結(jié)構(gòu)光的方式呈現(xiàn)。

同時(shí)，我們判斷在該方案中除了傳統(tǒng)的前置RGB攝像頭以外，會(huì)在兩側(cè)增加發(fā)射和接收端用于探測(cè)景深信息，其中接收端是特殊制程的CMOS，用于接收窄帶紅外光，同時(shí)該CMOS也會(huì)結(jié)合虹膜識(shí)別的功能。

3.2.3從iPhone7的TOF傳感器窺探蘋(píng)果的3D成像布局

iPhone5開(kāi)始，蘋(píng)果已經(jīng)在距離傳感器上面小試牛刀，最早是將AMS的距離傳感器放置在聽(tīng)筒附近，當(dāng)接電話(huà)的時(shí)候利用紅外光飛行時(shí)間（time of flight）探測(cè)到臉部距離以后控制屏幕的亮度，實(shí)現(xiàn)更省電的方案。

這一設(shè)計(jì)沿用到iPhone6S，直到iPhone7開(kāi)始，蘋(píng)果將原來(lái)沿用的環(huán)境距離傳感器升級(jí)為更精確的TOF傳感器。在新的TOF方案中，利用高效率的VCSEL激光器和光子接受點(diǎn)陣SPAD作為發(fā)射和接收端，VCSEL發(fā)射出16個(gè)點(diǎn)陣激光，然后利用SPAD能夠探測(cè)到比單點(diǎn)距離傳感器更豐富的距離、臉型等特征信息。

從這一變化可以看出，蘋(píng)果雖然前置3D成像不會(huì)使用TOF，但是對(duì)于TOF蘋(píng)果的態(tài)度也是開(kāi)放的，考慮到TOF在遠(yuǎn)距離景深探測(cè)的優(yōu)勢(shì)，我們判斷在2018年以后TOF大概率將以后置攝像頭的形式出現(xiàn)。蘋(píng)果在3D成像的雄心絕對(duì)不容小視：前置實(shí)現(xiàn)手勢(shì)控制、人臉識(shí)別、虹膜識(shí)別等短距精確的功能，后置實(shí)現(xiàn)AI、AR等長(zhǎng)距的功能。

4、3D成像爆發(fā)，潛在受益環(huán)節(jié)分析

4.1關(guān)鍵器件被鎖定，嚴(yán)重供不應(yīng)求，核心零組件擁有充分定價(jià)權(quán)

這次蘋(píng)果不僅領(lǐng)先了資本，還領(lǐng)先了產(chǎn)業(yè)，在蘋(píng)果精心的布局慢慢浮出水面后，產(chǎn)業(yè)發(fā)現(xiàn)蘋(píng)果早已將結(jié)構(gòu)光產(chǎn)業(yè)的關(guān)鍵零組件進(jìn)行了深度綁定，其他品牌廠難以完全復(fù)制。

所以，現(xiàn)在產(chǎn)業(yè)面臨的問(wèn)題的快速爆發(fā)的需求和上游稀缺的產(chǎn)能，所以也不難理解國(guó)產(chǎn)品牌對(duì)此的深深憂(yōu)慮，所以我們判斷現(xiàn)在的3D成像和去年的雙攝格局非常像，品牌廠為了追求新功能，只有不惜血本尋找有效產(chǎn)能，核心零組件公司將擁有充分定價(jià)權(quán)，坐擁數(shù)年的黃金成長(zhǎng)期！

4.2發(fā)射（LDM）：高端光源被鎖定，準(zhǔn)直鏡頭haptagon擁有專(zhuān)利

發(fā)射端主要由點(diǎn)光源VCSEL、準(zhǔn)直鏡頭和擴(kuò)散片DOE構(gòu)成。大致原理是VCSEL發(fā)出940nm點(diǎn)激光之后通過(guò)準(zhǔn)直鏡頭矯準(zhǔn)為線(xiàn)性激光，線(xiàn)性激光照射在DOE上發(fā)生衍射，形成近千個(gè)具備調(diào)制信息的光斑（lighting code）。

由于擴(kuò)散片對(duì)于光束進(jìn)行散射的角度（FOV）有限，所以需要光柵（見(jiàn)下圖）將散斑圖案進(jìn)行衍射“復(fù)制”后，擴(kuò)大其投射角度。這種“復(fù)制”效果被稱(chēng)為光學(xué)卷積，能得到所需透射角度的散斑。

4.2.1VCSEL光源：小型化、轉(zhuǎn)換效率高

紅外光常被用于3D成像，發(fā)射紅外線(xiàn)的光源可以是LED或激光。VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直腔體表面發(fā)射激光器），具備體積小、光電轉(zhuǎn)換效率高、精度高、低成本、窄波瓣等特性，成為最適合消費(fèi)電子使用的光源。波長(zhǎng)一般選取940nm。

目前主流的VCSEL供應(yīng)商是Lumentum、II-VI和Finisar，不排除都已經(jīng)被頂級(jí)客戶(hù)深度綁定，我們測(cè)算下來(lái)，單個(gè)VCSEL的成本在1.5-2美金。

4.2.2準(zhǔn)直鏡頭：WLO工藝，大部分專(zhuān)利被haptagon掌握

利用光的折射原理，將波瓣較寬的衍射圖案校準(zhǔn)匯聚為窄波瓣的近似平行光。目前大部分專(zhuān)利都掌握在haptagon收購(gòu)的mesa手上。該鏡頭是利用WLO的工藝制程，我們判斷是4P的結(jié)構(gòu)。

其分為上下兩片的結(jié)構(gòu)，其中每片中間是濾光片，由類(lèi)似于水晶光電的鍍膜廠在白玻璃上鍍完AR膜以后交給haptagon，后者在玻璃上利用晶圓級(jí)工藝上下生長(zhǎng)出replication material，并加工成透鏡的形狀，最后將兩片濾光片粘合并切割，完成WLO工藝的制作。

不同于普通的lens，一片8寸的白玻璃可以切割成數(shù)千顆準(zhǔn)直鏡頭，而利用WLO工藝可以有效降低制造成本。相對(duì)普通的手機(jī)攝像頭lens，其缺點(diǎn)在于不能調(diào)焦，但是LDM本身只需要將定點(diǎn)的點(diǎn)光源轉(zhuǎn)換成線(xiàn)光源即可。經(jīng)過(guò)我們調(diào)研，單顆準(zhǔn)直鏡頭成本在2-3美金。

4.2.3DOE擴(kuò)散片：門(mén)檻高，供應(yīng)商較多

DOE是利用光的衍射原理，將點(diǎn)光源轉(zhuǎn)換為散斑圖案（pattern）。先制作3維的母模，其3維圖像具備調(diào)制信息，然后母模再制作鏡頭。制作出的鏡頭擁有3維的圖案，同時(shí)間隔都在微米級(jí)別，線(xiàn)性激光通過(guò)的時(shí)候發(fā)射衍射，同時(shí)衍射的角度和個(gè)數(shù)是受pattern影響的，衍射出來(lái)的光斑具備lighting code的信息。

我們預(yù)計(jì)，目前DOE擴(kuò)散片主要有德國(guó)的CDA公司制作，ASP約2-3美金。

4.3接收端：融合虹膜識(shí)別，low pass filter是主要瓶頸

4.3.1Low pass filter只有兩家供應(yīng)商，充分享受行業(yè)爆發(fā)

相對(duì)于LDM，接收端相對(duì)要簡(jiǎn)單很多，主要是lens、pass filter和特制CMOS構(gòu)成。由于接收端主要是接收反射回來(lái)的lighting code來(lái)生成對(duì)象景深信息，所以只需要通過(guò)940nm的紅外光即可，在lens下面的pass filter需要過(guò)濾掉其他多余的光線(xiàn)，而該窄帶pass filter制作工藝遠(yuǎn)大于傳統(tǒng)的濾光片（需要鍍50層膜實(shí)現(xiàn)窄帶帶通，同時(shí)為保證透光性，不能使用蒸鍍工藝），目前基本只有美國(guó)的VIAV和中國(guó)東部某濾光片大廠擁有。

而從VIAV的業(yè)績(jī)說(shuō)明會(huì)來(lái)看，也驗(yàn)證其獲得國(guó)際頂級(jí)手機(jī)客戶(hù)的訂單意向，考慮到該行業(yè)僅有兩家供應(yīng)商，該客戶(hù)巨大的出貨量，將為VIAV帶來(lái)充足的業(yè)績(jī)彈性。

根據(jù)我們的產(chǎn)業(yè)鏈調(diào)研，接收端lens不超過(guò)1美金，pass filter約0.6美金。

4.3.2特制紅外CMOS，融合虹膜識(shí)別功能

該CMOS和普通的RGB不一樣，因?yàn)橹饕墙邮辗瓷浠貋?lái)的lighting code，發(fā)射光在通過(guò)Low pass filter之后，本身就是窄帶光，所以不需要其他波長(zhǎng)的感光點(diǎn)。而由于LDM的光斑本身不超過(guò)千個(gè)，接收反射光也不需要太高的像素，每幅圖像素不會(huì)超過(guò)2056*1024，所以2M像素的CMOS即可。

另外，該CMOS也融合了虹膜識(shí)別功能，我們判斷在前置模組中還包含一顆類(lèi)似波段的紅外LED，用于照射虹膜，反射光照射在特制CMOS上實(shí)現(xiàn)虹膜識(shí)別。

經(jīng)過(guò)我們的測(cè)算，我們判斷該CMOS的ASP不超過(guò)2美金。

4.4模組廠：ASP接近雙攝，攝像頭模組廠受益

從我們上面的分析可以看出，LDM單價(jià)在7美金左右，接收端在3美金左右，整個(gè)發(fā)射、接收和前置RGB攝像頭做成一個(gè)模組，目前主要是LG和sharp在配合前期開(kāi)發(fā)，我們認(rèn)為普通的攝像頭模組廠如舜宇、歐菲、丘鈦等也有能力進(jìn)行配合，所以攝像頭模組廠也會(huì)受益于前置攝像頭單價(jià)的提升。