人形机器人系列报告：3D视觉可应用于AR/VR、机器人等下游，迎千亿蓝海

行业研究|深度报告 看好（维持） 3D视觉可应用于AR/VR、机器人等下游，迎千亿蓝海 ——人形机器人系列报告 机器人专题 国家/地区中国 行业电子行业 报告发布日期2024年06月07日 核心观点 3D视觉采集深度信息，在AR/VR、机器人等下游应用空间广阔。2D平面视觉无法识别物理世界的三维信息，因此难以实现精准识别、追踪等功能。3D视觉感知是 一种深度感应技术，能通过相应传感器来采集视野内空间每个点位的三维坐标，再通过算法复原智能获取三维立体成像，在消费电子、生物识别、AIoT等领域均能发挥作用。并且3D视觉传感器已开始装载于AR/VR穿戴设备、服务机器人等终 端，2024年一季度苹果新发售的MR头显穿戴设备AppleVisionPro就使用了深度传感器——激光雷达和结构光方案的3D深度相机TrueDepth。参考Yole的统计预测数据，全球3D视觉感知的市场空间将从2022年的82亿美元增长至2028年的172亿美元。 3D视觉技术多元化，结构光和ToF方案主导市场。3D视觉感知中最关键的深度信息依赖于光学测距，按技术原理划分为结构光、飞行时间（ToF，iToF和dToF），单目立体视觉、双目立体视觉和多目立体视觉。目前主要的3D视觉感知方案是结构光、ToF和双目立体视觉。双目立体视觉、结构光、ToF在适用工作距离、工艺难度与成本、分辨率和测量精度等属性方面区别较大，可应用的领域也有所不同。双目立体视觉精度较低，在室外机器人等范畴有所应用；结构光在2米以内的近距离测量分辨率和精度都很高，因此普遍用在刷脸支付、刷脸门锁、安防监控、手机前置等功能；iToF在3-5米距离范围的测量精度高、分辨率尚可，常用于VR/AR、手机前置和后置镜头；dToF在远距离的测量精度高，可用于手机后置和平板后置，较高的工艺难度和成本也限制了dToF应用的进一步扩大。 光源和光学元件价值丰富，3D视觉行业合作与竞争并存。在结构光和ToF两类方案中价值量较高的组件是VCSEL红外光发射器和一系列光学元件，包括衍射光学元件（DOE）、扩散板（Diffuser）、晶圆级（WLO）光学透镜、红外窄带滤光片。VCSEL的产业分工高度明确，专业化程度高，技术门槛较高。DOE是结构光方案的重中之重，国内仅有少数厂商能够量产；ToF的光学元件采用Diffuser，设计制作难度比结构光发射模组中的DOE要低很多，所以全球生产企业较DOE 多，主要有Viavi、Finisar、Himax、舜宇光学。晶圆级光学透镜的WLO技术主要掌握在Heptagon（被AMS收购）、Himax、VisEra采钰等厂商手中。红外窄带滤光片阻止偏离940nm波段的光信号进入CIS，相比RGB吸收型滤光片，技术难度和产品价格更高，主要供应商为VIAVI和水晶光电。3D视觉感知属于新兴行业，在消费电子、AR/VR、机器人、汽车等领域中具有广泛应用前景，正在快速发展，现在行业内各厂商偏向于竞合关系，既存在部分竞争也有潜在的合作可 能。 投资建议与投资标的 随着3D视觉传感器在消费电子、生物识别、AR/VR、机器人、汽车等已有和潜在领域的不断渗透，未来几年该行业有望迎来高速发展，建议关注：3D视觉传感器模组供应商奥比中光-UW(688322，未评级)、舜宇光学科技(02382，买入)、丘钛科技(01478，未评级)；3D视觉传感器上游价值量较高的VCSEL红外光发射器环节相关企业，长光华芯(688048，未评级)、炬光科技(688167，未评级)、杰普特(688025，未评级)；上游关键的光学元件企业蓝特光学(688127，买入)、水晶光电(002273，买入)；上游CIS图像传感器企业韦尔股份(603501，买入)、思特威-W(688213，增持)。 风险提示 下游AR/VR设备行业发展不及预期，消费电子行业景气度不及预期。 蒯剑021-63325888*8514 kuaijian@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860514050005香港证监会牌照：BPT856 韩潇锐hanxiaorui@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860523080004 杨宇轩yangyuxuan@orientsec.com.cn 执业证书编号：S0860524030001 薛宏伟xuehongwei@orientsec.com.cn 朱茜zhuqian@orientsec.com.cn 先进封装持续演进，玻璃基板大有可为 2024-06-05 特斯拉FSD入华条件成熟，Robotaxi和L3 2024-05-06 级智驾商业化提速海外大厂看好AI前景 2024-05-05 有关分析师的申明，见本报告最后部分。其他重要信息披露见分析师申明之后部分，或请与您的投资代表联系。并请阅读本证券研究报告最后一页的免责申明。 目录 1.3D视觉采集深度信息，在AR/VR、机器人等下游应用空间广阔4 1.13D视觉感知识别三维坐标，填补2D视觉的技术空白4 1.23D视觉感知可应用于扩展现实、机器人等广泛下游5 1.33D视觉感知行业市场规模有望高速增长8 2.3D视觉技术多元化，结构光和ToF方案主导市场9 2.13D视觉感知以光学测距为底座，技术原理多元化9 2.23D视觉感知技术各有所长，适用不同领域10 2.3iToF与结构光技术的应用范围广阔13 3.光源和光学元件价值丰富，3D视觉行业合作与竞争并存13 3.1VCSEL和光学元件是3D视觉传感器中的高价值部件13 3.2技术优势突出，VCSEL红外光发射器成为最优选择14 3.3光学元件作为3D视觉感知的技术基石15 3.43D视觉传感器处快速发展期，合作与竞争并行17 投资建议19 风险提示19 图表目录 图1：3D视觉与2D视觉的主要区别4 图2：3D视觉能生成“1:1”还原的实物3D模型5 图3：3D视觉感知在消费电子、生物识别、AIoT、三维测量等领域应用广泛5 图4：苹果在3D视觉感知领域的相关收购6 图5：常见生物识别方法的特点7 图6：2019-2023年中国智能门锁销量（万套）及增速7 图7：AppleVisionPro搭载了3D视觉传感器——激光雷达和结构光3D深度相机7 图8：Figure01帮忙做家务8 图9：全球3D视觉感知行业空间预测8 图10：3D视觉感知光学测距的技术原理分类9 图11：2018-2022年3D视觉传感器按技术分类的销量（百万套）9 图12：2018-2022年3D视觉传感器按技术分类的销量占比9 图13：双目立体视觉利用左右相机视觉差异精准测距10 图14：结构光原理示意图10 图15：散斑结构光与编码结构光10 图16：3D结构光硬件的四大组成部分11 图17：ToF主动测量的技术原理12 图18：dToF与iToF技术对比12 图19：主要的几种3D视觉感知技术的特性对比13 图20：3D视觉感知模组的各组件成本拆解14 图21：VCSEL、EEL和LED光源的发出方式和光束质量不同14 图22：三种半导体近红外发射器的属性对比14 图23：VCSEL的元件供应链环节及主要玩家15 图24：衍射光学元件的A)使用示意；B)外形示意；C)表面微观结构示意15 图25：晶圆级光学透镜16 图26：晶圆级光学透镜的压印成型加工过程16 图27：红外窄带滤光片结构示意图17 图28：红外窄带滤光片生产流程示意图17 图29：3D视觉传感器行业内主要企业的概况17 图30：3D视觉传感器产业链结构19 1.3D视觉采集深度信息，在AR/VR、机器人等下游应用空间广阔 1.13D视觉感知识别三维坐标，填补2D视觉的技术空白 3D视觉感知能获取物理世界中的深度信息，相比2D视觉具有诸多优势。2D平面视觉能提供物体的纹理（色彩）信息，经过过去的数十年的长足发展，2D成像技术的分辨率从几十万像素发展到现在的上亿像素，色彩还原更真实，图像质量有了质的提升。然而，2D平面视觉无法识别物理世界的三维信息，如空间形貌、几何尺寸、位姿等，因此难以实现精准识别、追踪等功能。3D视觉感知是一种深度感应技术，可以捕获真实世界对象的长度、宽度和高度，能通过相应传感器来 采集视野内空间每个点位的三维坐标，并通过算法复原智能获取三维立体成像，不易受外界环境、复杂光线的影响，技术更加稳定，规避了2D视觉的体验和安全性较差的问题。 在应用方面，由于2D平面视觉无法获得物体的空间坐标信息所以不支持与形状相关的测量，包括物体平面度、表面角度、体积，或区分相同颜色的物体以及区别具有接触侧的物体位置，且2D视觉测量物体的对比度尤其依赖于光照和颜色/灰度变化，测量精度易受光线影响。相比之下，3D视觉具有以下优点：①可实现在线检测快速移动的目标物，获取形状和对比度，消除手动检查带来的错误；②对比度不变，是检查低对比度物体的理想选择；③对较小的照明变化或环境光不敏感；④建立大型物体检测的多传感器设置更简单。 图1：3D视觉与2D视觉的主要区别 数据来源：电子发烧友，东方证券研究所 用几个例子可以展示出2D平面视觉和3D视觉感知的区别。基于3D视觉传感器采集的信息，不但有2D视觉的纹理（色彩）信息，还增加了深度信息。这样围绕着人体、物体、空间扫描一圈，就能得到点云图和精准的“1:1”还原的3D模型。三维信息的输入，将使得3D视觉感知的应用场景大大增多。 图2：3D视觉能生成“1:1”还原的实物3D模型 数据来源：奥比中光招股书，东方证券研究所 1.23D视觉感知可应用于扩展现实、机器人等广泛下游 3D视觉感知技术的应用场景相比2D视觉而言也更加广泛、多样。在消费电子领域，通过在智能手机、个人电脑、平板设备、电视等智能终端设备上搭载3D视觉传感器可以使其具备3D人脸识别解锁、沉浸式交互、体感交互等能力，创造更安全、更沉浸的用户体验；在生物识别领域，通过在线下支付终端、智能门锁/门禁等设备上搭载3D视觉传感器可实现更精准、安全的3D刷脸支付和解锁；在AIoT领域，3D视觉传感器可以被搭载在3D空间扫描设备、服务型机器人、 AR/VR设备等终端上以实现传统2D相机无法实现的功能，例如三维重建、避障导航等；在工业三维测量领域，3D视觉感知技术可以被用来实现微米级的工业扫描、工业检测等功能。未来，3D视觉感知技术将不断探索下游应用，扩大在自动驾驶汽车、工业机器人、医疗等更丰富领域中的使用场景。 图3：3D视觉感知在消费电子、生物识别、AIoT、三维测量等领域应用广泛 数据来源：奥比中光招股书，东方证券研究所 消费电子领域，智能手机是3D视觉感知技术最大的应用场景之一。2010年起，苹果公司即开始通过收购3D视觉相关技术厂商以拓展自身3D传感摄像头业务，2013年收购的3D传感技术方案服务商PrimeSense为苹果开发结构光3D传感摄像头产品提供有力的技术支持；2018年苹果收购Lighthouse公司的多项技术专利，而Lighthouse的核心技术为飞行时间法（ToF）3D视觉技术，由此苹果逐步加快其在ToF技术方面的布局。2017年9月以来，苹果的iPhoneX、iPhone11、iPhone12手机系列均搭载了前置结构光3D视觉传感器，并在iPhone12Pro上同步搭载了基于dToF技术的后置激光雷达扫描仪。安卓端包括华为Mate系列、P系列，OPPOFindX，魅族17Pro、18Pro等众多智能手机分别在前置和后置视觉传感器中尝试使用结构光或ToF技术的3D视觉传感器。随着智能手机前、后置的3D视觉应用的不断探索，诸如解锁、支付、拍照、AR 互动、图片美化、三维空间扫描等功能，加上3D视觉感知技术的不断成熟和迭代所带来的软硬件成本下降，3D视觉传感器在中端机型中普及，乃至下探至低端机型当中，其在智能手机领域的渗透率不断提升。 图4：苹果在3D视觉感知领域的相关收购 数据来源：偲睿洞察，头豹，东方证券研究所 生物识别领域，3D视觉感知技术