苹果3D视觉报告：龙头引领行业大趋势 （上篇）
编者按：本文来自微信公众号“海通电子研究”（ID：htzqdz），作者 海通证券电子团队。
3D视觉作为一项激动人心的新技术，已经出现在微软Kinect、英特尔RealSense等消费级产品中。近几年，随着硬件端技术的不断进步，算法与软件层面的不断优化，3D深度视觉的精度和实用性得到大幅提升，使得“3D深度相机+手势/人脸识别”具备了大规模进入移动智能终端的基础。作为全球手机当之无愧的龙头，我们认为苹果率先大规模采用3D视觉技术，将彻底激活3D视觉市场，开启全新时代。
我们通过本报告，详细地梳理了苹果3D视觉结构光的技术方案与硬件结构，分析了细分零部件的价值和技术壁垒，详细梳理了整个苹果3D视觉产业链公司和国内潜在受益公司。我们相信3D深度视觉进入消费级智能终端将是大势所趋，这将为TX发射端（VCSEL、DOE、WLO）、RX接收端（红外CMOS、红外窄带滤色片、光学镜头）、图像处理芯片、系统模组组装四大环节带来全新的市场价值。移动端3D视觉在AI和AR方面带来颠覆性、全新的用户体验，预计将实现快速的渗透与普及，消费电子从此进入“AI+AR”新时代。
移动端3D视觉结构光方案对于国内公司而言，最核心的受益标的包括：滤色片——水晶光电（002273.SZ）、WLO——华天科技（002185.SZ）、模组制造——欧菲光（002456.SZ）、光学镜头——联创电子（002036.SZ），建议关注：模组制造——舜宇光学科技（02382.HK）、VCSEL——光迅科技（002281.SZ）、VCSEL代工——三安光电（600703.SH）。
投资要点：
龙头全新意志，开启消费电子“AI+AR”新时代。3D视觉作为一项激动人心的新技术，在苹果等巨头的推动下，具备了大规模进入移动终端的基础。我们认为苹果即将大规模采用3D视觉技术，将彻底激活3D视觉市场。我们通过本报告，详细地分析了苹果3D视觉结构光的技术方案与硬件结构，分析了细分零部件的价值和技术壁垒，梳理了整个苹果3D视觉核心产业链和国内潜在受益公司。我们相信3D深度视觉进入消费级智能终端将是大势所趋，移动端3D视觉将实现快速的渗透与普及，消费电子将从此进入“AI+AR”新时代。
全球科技领袖苹果积极布局3D视觉，引领行业大趋势。在收购了Primesense之后的四年时间里，苹果对3D视觉技术已经进行了充分的研究和储备，移动端3D视觉结构光技术已经进入成熟期。自2016年底以来，关于苹果即将在iPhone8采用3D视觉的信息不断得到确认。综合欧美台产业链、供应商等方面的信息，我们判断苹果十周年旗舰机iPhone 8采用正面3D视觉基本可以确定，苹果率先大规模采用3D视觉技术，将引领行业大趋势。
借3D视觉，苹果引导消费电子进入“AI+AR”新时代。3D视觉结构光方案用于人脸识别可替代指纹识别，助力iPhone 8实现酷炫全面屏；3D人脸识别打开了更加广阔的人工智能应用空间，助力苹果走向AI大平台；借助3D视觉技术实现的三维手势识别，能够实现动态快速的手势识别与追踪；iOS设备添加3D视觉之后，将在AR体验方面全面升级，3D视觉所提供的景深信息和建模能力是现有普通摄像头无法比拟的，我们认为苹果的AR体验将更加出色。
移动端3D视觉市场空间巨大，有望加速渗透。3D视觉技术目前已经在工业和医疗领域取得成功，也有在消费级市场进行尝试，但由于缺乏较佳的应用场景，技术还不够成熟，导致市场并未激活。我们认为在苹果的带动下，3D视觉将打开消费级市场，行业进入加速趋势。特别是人脸识别、体感交互将成为3D视觉获得突破的关键，同时AR也是极有潜力的应用领域。经过我们的计算，2020年全球智能手机端3D视觉硬件市场规模将到达99.25亿美元，其中前置结构光市场规模为66.78亿美元，后置TOF时间光市场规模为32.47亿美元。
3D视觉结构光方案深度拆解与供应链分析。通过拆解和分析结构光先驱Primesense的产品结构，可以看到整个结构光产品方案主要由四部分组成：TX发射部分（VCSEL是近红外光源最佳方案，DOE对于结构光方案至关重要，晶圆级光学元件WLO是核心组件）、RX接收部分（红外CMOS传感器需要特制，近红外窄带干涉滤色片价值提升，红外摄像头用光学镜头要求不高）、可见光摄像头（非新增业务）、专用数据处理芯片（技术壁垒高）。此外，3D视觉系统模组制造与组装由于难度大、价值高，也是重要的增量市场。
行业“增持”评级，关注优势企业。苹果3D视觉供应链核心公司：VCSEL（Lumentum+稳懋）、DOE（台积电+精材）、WLO（Heptagon）、红外CIS（意法半导体+台积电）、窄带滤色片（VIAVI）、光学镜头（大立光）。移动端3D视觉结构光方案对于国内公司而言，最核心的受益标的包括：滤色片——水晶光电（002273.SZ）、WLO——华天科技（002185.SZ）、模组制造——欧菲光（002456.SZ）、光学镜头——联创电子（002036.SZ），建议关注：模组制造——舜宇光学科技（02382.HK）、VCSEL——光迅科技（002281.SZ）、VCSEL代工——三安光电（600703.SH）。
风险提示：3D视觉技术移动端进程过慢；国内相关公司缺乏竞争力。
全球科技领袖苹果积极布局3D视觉，引领行业大趋势
苹果布局3D视觉多年，进入技术成熟期
国际科技巨头纷纷布局3D视觉。2012年以来，3D视觉开始受到全球各大科技巨头的重视，包括苹果、微软、英特尔、谷歌、索尼、三星等公司纷纷加码3D视觉，如2012年左右，微软收购了3D-TOF相机公司canesta和3dv；2013年，英特尔推出RealSense实感技术，谷歌推出Project Tango项目，苹果收购结构光先驱PrimeSense；2015年索尼收购了3D视觉综合技术供应商SoftKinetic，Facebook旗下Oculus收购3D手势识别公司Pebbles。
作为全球消费电子的王者，苹果公司投入最为积极，早在2010年左右便开始在3D视觉方面展开布局。2010年9月苹果收购了瑞典三维图像识别公司Polar Rose；2013年11月以3.6亿美元收购了3D视觉结构光方案先驱PrimeSense，获得大量专利和技术；在2015年之后，在3D视觉、人脸识别、图像识别等方面，苹果先后收购了Linx、Faceshift、Emotient、Flyby Media、RealFace等多家公司，形成了全面的产业布局。
通过对Linx、Faceshift、Emotient、Flyby Media、RealFace等多家公司的收购，苹果已经为3D视觉领域搭建了完善的生态体系。例如LinX的多摄像头技术、Faceshift的面部表情识别技术、RealFace的人脸识别技术等。
例如，2015年4月，美国专利局公布苹果3D手势控制技术专利，是一种能够精确识别人手手势的3D机器视觉系统。利用这种技术可以通过专业化的算法精确地识别用户的手势。2015年10月，苹果公司关于手势和面部识别的专利再次出现，当用户与他人通过视频相关的应用（如视频）进行互动时，他们可以通过简单的手势，将视频画面中特定对象保存为本地图片，这需要3D视觉技术才可以完成。
2016年7月，苹果公布新型3D手势控制专利，是一个3D图像投影仪，内嵌在一个诸如iPhone手机这样的iOS设备上，可以识别出用户的手势操作，由此可以作为把手势作为游戏的控制杆或者控制器。
2015年7月，美国专利局批准了一项苹果提交的面部识别专利，名为“低门槛面部识别”，基于前置摄像头捕获的图像，然后图像处理器对该图像进行处理，随后便与存储在参考模块中的图像进行对比。
2017年3月苹果发布3D视觉新专利——利用景深信息进行人脸识别，该专利有望用于下一代iPhone的3D相机系统，该专利的部分技术出自PrimeSense公司。
可以说苹果公司在3D视觉各个方面都进行了深度的布局，一方面收购行业内优秀的公司，进行技术布局和生态建设，另一方面不断优化技术，发布专利，进行专利布局。苹果的目标就是引领3D视觉发展趋势，从而牢牢占据技术制高点。可以说，在2013年收购Primesense之后的四年时间里，苹果对3D视觉技术已经进行了充分的研究和储备，我们认为苹果移动端3D视觉技术已经进入成熟期，具备大规模应用的技术基础。
十年里程碑iPhone 8备受期待，创新性3D视觉已成定局
在众多智能手机厂商中，苹果公司独领风骚。它在2007年推出的第一代iphone成为了一个时代的里程碑，尤其是大尺寸触控LCD液晶显示屏，相比于功能手机时代的显示屏，具有巨大的消费吸引力，一举奠定了智能手机在消费者心中的优势地位。
在光学摄像头方面，苹果始终保持行业领先地位。从最初2007年的第一代iPhone到2016年的iPhone 7/7Plus，苹果手机在不断提升相机像素的同时，逐渐加入HDR、Slow-Mo、Focus Pixels、Live Photo等功能，特别是在摄像的娱乐性方面，逐渐支持面部检测、全景拍摄、慢动作视频、动态照片记录等功能，这些新技术的不断采用，引领了消费电子摄像的发展趋势。在硬件发明，苹果自研的ISP图像处理芯片，可以对图像进行十分先进的白平衡处理、色彩处理、图像/视频数据解码等，使得苹果手机具有行业顶级的拍照/摄像性能。
苹果即将于2017三季度发布的iPhone 8将采用3D视觉相机。作为苹果iPhone十年的重要产品，新一代iPhone 8被苹果公司寄予厚望，特别是在3D视觉相机方面，基本已经确定将引领行业趋势，开创3D视觉消费电子大规模应用的先河。
最早是在2016年11月，韩国供应链（如韩国经济日报等）称苹果将和LG联手打造可以3D拍照的摄像头原型，会应用在iPhone8上；2017年2月，来自台湾供应链（如科技时报、Digitimes等）称，iPhone 8将配备“革命性”前置摄像头，包含红外模块，可以感知摄像头前的3D空间与物体；2017年3月，苹果CEO蒂姆•库克在接受《独立报》采访时表示：“苹果十分重视AR技术，而3D相机将成为AR技术的第一步，能够让互联网与现实世界相结合。”；2017年5月，美国权威科技媒体Business Insider报道，苹果有超过1000名工程师正在从事3D相机的研发工作，iPhone 8即将搭载的3D相机将用于人脸识别而不是虹膜识别。
欧美和台湾多家核心供应商确认，将为某大公司大规模提供3D视觉相关零部件，我们认为该公司基本可以确认为苹果公司。2017年第二季度，电子行业多家核心供应商均表示，已经接到3D视觉相关零部件的订单或达成协议。
2017年3月，意法半导体在Q1财报会议上表示，17年资本支出会出现一次性的大幅增长，主要是为大客户定制红外CMOS光学传感器和3D视觉系统；2017年6月，苹果相机镜头核心供应商大立光称，将在17下半年大量出货3D相机用光学镜头；2017年6月，美国《巴伦周刊》报道，VIAVI已经与苹果签署订单意向协议，苹果将向VIAVI采购1.5亿颗光学滤光片用于iPhone系列的3D视觉相机；2017年8月10日，VCSEL核心供应商Lumentum在FQ4财报会议上透露，18年将会有1.6亿台iPhone附带3D相机功能，Lumentum将会是VCSEL激光器的主力供应商。
综合产业链、供应商的信息，我们判断苹果十周年旗舰机iPhone 8采用正面3D视觉基本可以确定，作为全球手机当之无愧的龙头，我们认为苹果率先大规模采用3D视觉技术，将彻底激活3D视觉市场，开启全新时代。
苹果3D视觉方案将从前置结构光开始，未来逐渐引入后置TOF
根据原理和硬件实现方式的不同，行业内所采用的3D机器视觉主要有三种：结构光、TOF时间光、双目立体成像，其中，结构光与TOF方案在技术方面较为成熟。
结构光方案已经被成功应用于游戏体感交互、工业机器视觉检测等领域，在消费级产品方面PrimeSense（已被苹果收购）公司技术储备深厚，方案成熟；TOF时间光方案被广泛应用于医疗检测、机器人视觉等领域，在消费电子方面，受到谷歌、意法半导体、德州仪器、英飞凌等公司的支持；双目立体成像技术刚刚起步，目前主要在自动驾驶等领域受到关注。
3D视觉三种方案各有优缺点：双目立体成像方案软件算法复杂，技术还不成熟；结构光方案技术成熟，功耗低，平面信息分辨率高，但是容易受光照影响，识别距离近；TOF方案抗干扰性好，识别距离远，但是平面分辨率低，功耗较大。
综合来看，结构光方案更加适合消费电子产品前置近距离摄像，可应用于人脸识别、手势识别等方面，TOF方案更加适合消费电子产品后置远距离摄像，可应用于AR、体感交互等方面。
我们判断，2017年苹果3D视觉将从结构光方案开始，未来逐渐加入TOF方案。2013年苹果收购结构光先驱Primesene之后，不断提升其结构光方案的技术成熟度，先后发布多项专利，为结构光方案的成熟商用做了大量准备。根据我们前文的分析，结构光方案目前技术成熟，分辨率高，适合近距离3D视觉场景，有望应用于苹果新一代iPhone 8前置方面。
特别是来自台湾供应链（根据Digitimes等）的信息确认，精材和采钰将分别为苹果2017款手机提供DOE（衍射光栅）的封装和ITO材料，而DOE器件仅被结构光方案所必须，因此，我们判断苹果新一代iPhone 8所采用的3D视觉将从结构光方案开始。苹果公司在AR方面野心勃勃，计划将AR打造成未来的重要应用领域，而TOF方案更加适合远距离AR应用，因此，我们认为未来苹果将通过加入TOF方案实现先进的AR体验。
借3D视觉，苹果引导消费电子进入“AI+AR”新时代
3D视觉+生物识别，助力iPhone 8实现酷炫全面屏
自2016年底开始，手机显示屏的竞争在三星、小米、LG等厂商的推动之下，已经向18:9甚至18.5:9、19:9、20:9的长宽比挺近。特别是小米MIX和三星S8的推出，使得高屏占比“全面屏”已经成为高端手机的最新潮流。
作为全球智能手机的领头羊，苹果公司自然不甘人后，最新款iPhone 8大概率将配备高屏占比显示屏。2016年底到2017年初，根据台湾供应链（科技时报等）的信息，苹果计划在2017年第3季推出的首款AMOLED手机iPhone8，将采用5.8寸18.5:9的长宽比例亮相，显示面积高达 5.15寸，屏占比高达85%，取消实体Home键。
但是，移除正面Home键意味着苹果旗帜性的指纹识别需要大变化。目前手机端指纹识别的主流方案为电容式方案，其信号难以穿透0.3mm以上的玻璃，因此现有的电容式方案难以实现屏幕下指纹识别。为了实现全面屏，同时又保留指纹识别，三星便不得不将正面的指纹识别移至背面，这是一种妥协的方案，用户体验是一种倒退。
备受关注的光学式与超声波式指纹方案由于技术不成熟，未通过苹果测试。与电容式指纹识别相竞争的另外两种方案——光学与超声波，展现出具备全屏幕指纹识别的潜力，但是无论是新思科技重点研发的光学式方案，还是高通力推的超声波方案，都在技术上难以达到苹果的稳定性和成熟性要求，这两种方案还有待技术的进一步成熟。
我们认为，3D视觉结构光方案用于人脸识别可替代指纹识别。苹果在结构光3D视觉方面积累的技术，给了其放弃指纹识别的信心。采用结构光原理的人脸识别属于高级的三维人脸识别技术，相比于传统的二维人脸识别，在识别精度和速度方面大幅提升，特别是与指纹识别相比，3D人脸识别用户体验更佳，操作更加便捷，因而备受期待。
3D视觉+人工智能，助力苹果走向AI大平台
3D人脸识别不仅仅在识别精度方面大幅提升，更重要的是打开了更加广阔的人工智能应用空间。例如利用三维人脸识别可以直接获取消费者面部表情（喜怒哀乐等），通过人工智能技术，可计算出用户的生理年龄或精神状态，这些功能都将为消费电子带来全新的玩法；人脸识别还可以用于移动端自拍的快速对焦，用户自拍美颜等功能。
2017年6月WWDC会议上苹果发布了新的机器学习API——Core ML，支持人脸追踪、人脸检测、自然语言处理、文本检测等任务。Core ML的核心是加速在iPhone、iPad、Apple Watch上的人工智能任务，支持深度神经网络、循环神经网络、卷积神经网络、支持向量机、树集成、线性模型等。
可见苹果在AI人工智能方面具有打造大平台的野心，通过Core ML为广大开发者提供AI机器学习和建模能力，从而使众多iOS终端产品具有AI功能。3D视觉将成为该战略中核心的一环，通过3D视觉硬件可以提供精确的人脸识别、动作捕捉等功能，与Core ML平台形成生态与数据协同。
3D视觉+体感交互，开启人机交互新体验
现如今，大尺寸触控显示屏已经是大多数智能终端的标配，无论是智能手机、平板电脑，还是笔记本电脑，甚至于汽车中控台、智能家电等。尽管触控显示屏的识别精度和清晰度越来越高，但是，触控显示屏的局限性非常明显：手指必须接触于屏幕表面，无法离开屏幕工作，这极大地限制了用户的使用空间和灵活性，为了解决这一问题，语音控制与体感控制开始出现，并被广泛看好。
语音识别可以完全解放双手，但是在人机互动方面的应用场景有一定的局限性，对于游戏娱乐、互动体验、拍照等领域，这些必须有用户肢体参与的场景，语音交互无法满足需求。因此，比现今触控屏更高层次的体感交互成为了广大厂商追求的目标。
要实现体感交互，最重要的就是手势识别，因为手部动作是人体最丰富也是最常用的体感动作。对于智能手机而言，如果手势识别可以得到应用，那么包括手机自拍、游戏、浏览网页、购物等众多应用场景，在用户体验上均可以实现大幅提升，手机也将从触控屏时代走向手势识别时代。
3D视觉的出现为手势识别与体感交互打开了新空间。传统手势识别主要为二维识别技术，可以判断手部的静态信息，但是不能识别持续变化、动态的手势，因而用户体验不佳。借助3D视觉技术实现的三维手势识别，能够实现动态快速的手势识别与追踪，这为人机交互打开了新的空间。
例如，手机拍照是目前非常主流的消费级应用，但是目前拍照基本都需要手指按压控制键（或触控屏幕）完成，而采用外置的蓝牙控制器因为不够方便，应用的并不多。所以，对于用户而言，是无法通过自身完成远景自拍的，需要别人的帮助。如果，手机配有手势识别功能的话，用户自己就可以实现远景自拍功能，目前已有公司正在开发基于3D视觉的自拍功能。
3D视觉将开启移动终端人机交互新方向。将3D视觉技术与移动终端结合，将开启众多新玩法，如用户通过手部动作直接与游戏进行互动，这将大大提升移动终端的娱乐体验。苹果公司在手势识别方面已经研发多年，在利用3D视觉技术进行手势识别与体感交互方面，已经储备多项专利技术。
3D视觉+VR/AR，苹果打开“虚拟/增强”新世界
3D视觉在VR/AR领域应用空间大，人机交互体验佳。从2015年以来，VR/AR逐渐走入大众视野，尤其是Oculus、HTC VIVE和索尼PSVR三大VR头显在2016年的先后发布，激活了VR市场。同时，微软在2016年也推出了第一款商用消费级AR设备HoloLense。VR/AR产品在用户体验和应用场景方面带来了颠覆性的改变，人机交互作为其核心的功能成为广大厂商关注的焦点，尤其是手势识别实用性最佳。
例如，2016年Inuitive和gestigon两家公司携手合作，将手势识别功能嵌入VR设备中，其中，Inuitive公司提供NU3000多核心3D影像处理器和深度摄像机，gestigon公司提供手势识别算法；微软AR头显HoloLense，集成了4颗环境摄像头、1颗景深摄像头（基于3D-TOF原理）、1颗高清摄像头、1个IMU（惯性测量单元）、1个环境光传感器，可以提供较为优质的3D手势识别功能。
3D视觉在AR领域应用潜力巨大，提供强大建模能力。对于AR而言，其核心功能是在现实物体上叠加虚拟信息，将真实世界和虚拟世界“无缝”集成，从而为用户提供真实与虚拟叠加的全新体验。因此，在AR众多相关技术中，3D建模是至关重要的，需要借助3D视觉景深相机在现实物体的基础之上构建虚拟的图像画面。
在该方面，谷歌公司表现积极，其力推的Project Tango项目包含高级的深度感知能力。Project Tango可以提供结构光（1代）和TOF（2代）两种技术方案，在结构光方面是与PrimeSense合作，随着Primesense被苹果收购，不再对外输出技术，谷歌在2代Tango开始采用TOF技术，Tango的深度传感器采集三维信息输出“点云”数据，结合运动追踪的轨迹数据达到了对“点云”的实时拼接，从而实现精确的3D建模。
苹果计划未来重点打造先进AR体验，我们认为3D视觉将提供重要支持。2017年6月WWDC会议上，苹果发布ARKit开发平台，能够利用每一部iPhone和iPad上的摄像头，以及各种传感器，创造出出色的AR体验。凭借苹果庞大的iOS用户群和开发者群体，ARKit一举成为全球最大的AR开发平台。但是，目前该平台主要基于传统摄像头，在AR体验方面与3D摄像头相比有较大差距。
根据独立报的报道，苹果CEO蒂姆库克强调，AR将是苹果未来不可或缺的重要环节，有了AR，苹果的iPhone手机将更加具有吸引力。库克表示在2017年秋季推出iOS 11后，能看到各种各样的AR应用，目前开发人员正在开发大量基于ARKit的应用和游戏，它们也将于2017年秋季开始推出。
尽管目前ARKit主要利用iPhone、iPad等设备现有的摄像头实现AR体验，但是如果iOS设备添加3D视觉之后，将在AR体验方面全面升级，3D视觉所提供的景深信息和建模能力是现有普通摄像头无法比拟的，借助3D视觉苹果的AR体验将更加出色。
风险提示：3D视觉技术移动端进程过慢；国内相关公司缺乏竞争力。
