工业折射镜头「科普篇」3D扫描仪：工业相机与镜头的关系|上海羊羽卓进出口贸易有限公司

「科普篇」3D扫描仪：工业相机与镜头的关系

3D扫描仪大致可分为接触式3D扫描仪和非接触式3D扫描仪。其中非接触式3D扫描仪又分为光栅3D扫描仪(也称“拍照式3D扫描仪”)和激光扫描仪。光栅3D扫描仪又分白光扫描或蓝光扫描。那么，什么是拍照式3D扫描仪？

拍照式3D扫描仪是由结构光发生器和两个工业级镜头所组成。其工作原理是由结构光发生器发出的光线投射到被测物体上，然后工业相机将所获取的数字影像通过计算机运算处理，得到被测物体的实际3D外观模型。在获取外观模型的数据同时，还能够检测到物体的纹理信息，从而得到逼真的物体外形,对于制造行业有很大的帮助。今天我们主要来聊一下3D扫描仪的相机与镜头的关系。

3D扫描仪的相机和镜头共同组成了相机模组。来高科技的3D扫描仪均为双目扫描仪，其中双目指的是含有两个相机模组，相当于人的两只眼睛。

3D扫描仪的相机工作原理可以简单的理解为光通过镜头折射到相机芯片的感光元件上，形成图像的过程。打个比喻，镜头相当于眼睛，使光透过眼睛到达视网膜；而相机就是视网膜，通过采集镜头透过的光信息，进而转化成数字信息。

一般好的镜头提供给相机的图像更加锐利、鲜明、色彩准确、特征比例正确等。在这里我们要提一下“镜头畸变”的这个问题（镜头畸变是光学透镜固有的透视失真的总称），在3D扫描领域有专门的算法来纠正镜头畸变，使得最终获取的物体图像更贴近实际物体，测量的尺寸也更加准确。

另外，我们在使用3D扫描仪的时候经常会遇到两个专有名词：调焦距，调亮度。来高科技所使用的镜头为定焦镜头，以12mm定焦镜头为例。

调焦距其实就是调节镜头透镜到相机芯片的距离，使获取的图像逐渐变清晰的过程，所以我们可以将调焦距的过程看作调节清晰度的过程。调亮度指的是调节光圈的大小，光圈F=镜头焦距/镜头有效直径。因为我们使用的是12mm定焦镜头，根据公式可以知道，光圈越大，镜头的有效直径越小，采集的光越小。

3D扫描仪的相机部分，决定了3D扫描仪的像素问题。目前，来高科技的3D扫描仪分为130万，500万，630万等像素，在很大程度上是由相机决定的，当然还有其他的决定因素。

在标定的过程中，我们所进行的一系列操作其实就是对两个相机进行标定。在日常使用过程中或者是标定过程中，我们都要时刻注意两个相机的固定问题。

好啦，今天关于“ 3D扫描仪：工业相机与镜头的关系 ”来来就跟大家介绍到这里啦，大家学废了吗？可爱的你们，要是喜欢来来、高高的知识分享，就关注我们吧！

应用突围光学硬件景气升温

以智能手机为代表的消费电子持续回暖，国产光学产品向高端化推进，配套产业链逐步完善，国产厂商对于VR/AR光学镜头及配件正处于加速布局状态，车载产品、机器视觉等领域的国产化率亦在提高。

智能手机的摄像和生物识别功能不断升级，消费电子产品对光学镜头在变焦、高像素、光学防抖、高可靠性等方面的技术水平要求不断提高，潜望式摄像头成为发展趋势。手机、安防行业的光学镜头竞争激烈，车载光学产品数量增多而单价降低，相关公司需要在研发、工艺、规模、客户、毛利率等方面保持竞争力。部分公司将业务布局向车载光电、VR/AR等方向延伸，追求第二增长曲线。

为了满足高阶辅助驾驶的需求，汽车厂商将会不断增加前视、环视、后视和内视等各方位的摄像头，随着国产新能源汽车的壮大，国产厂商的崛起带动汽车抬头显示的价格逐步降低，产量提高，国产AR-HUD产品已全面覆盖主流技术路线并均实现量产。

上游零部件及软件算法占机器视觉80%的价值量，摄像头、传感器的产业成熟拓宽了机器视觉的应用场景，通过将深度学习、机器学习、大语言模型等AI技术应用于3D视觉感知，可以实现更高效的数据处理、特征提取和识别，AI技术使得整个智能系统更具自适应性和智能化，机器视觉将与产业上游协同发展。

手机摄像头创新发展

智能手机主要是依靠2-3个定焦镜头的配合，实现手机的“光学变焦”，其中长焦镜头是双/多摄实现“光学变焦”的核心，变焦倍数越高，长焦摄像头的高度越高。潜望式摄像头是将原本竖排放置的摄像头在手机内横向排放，并以特殊的光线转向微棱镜，让光线折射进入镜头组，为镜头组提供更长的空间选择，解决了光程的问题，避免了因变焦镜头带来的机身增厚。十年前，舜宇集团、华为、信利光电、亚洲光学、水晶光电等相关企业便陆续开始布局潜望式摄像头，潜望式镜头上游主要包括棱镜、镜头、图像传感器、音圈马达在内的各种零组件，其中除棱镜是潜望式镜头独有外，其他均与传统摄像头重合，微型棱镜是实现高倍数光学变焦技术的重要配件。

iPhone 15系列系首次采用潜望式长焦镜头的手机产品，带动摄像头模组缩小、减薄技术发展，智能手机制造商对于潜望式摄像头的追捧将为微型棱镜的发展打开市场空间。研究机构预计2025年全球潜望式摄像头市场可达44亿美元。2024年一季度，全球智能手机出货量为3.0亿部，同比增长12%，智能手机的温和反弹给上游光学供应商的业绩增添助力。

一季度水晶光电光学元器件、薄膜光学面板和反光材料业务分别实现同比约85%、45%、50%的大幅增长，汽车电子AR业务板块基本持平，半导体光学业务同比下降约15%。光学元器件和薄膜光学面板两项业务的毛利率水平提升，背后的原因除智能手机市场的恢复之外，近几年该公司在战略和内生竞争力上做了调整，机创新化、高端化带来产品毛利率的上升，微型棱镜模块和吸收反射复合型滤光片系智能手机高端化带来的新产品。

在微型棱镜模块产品的开发上，该公司做了大量投入，在非手机端，该公司已布局穿戴设备、笔记本电脑、平板电脑等，希望成为新的业绩贡献点。2023年，由于水晶光电新项目的量产开发，资本性投资相对较高，固定资产净值增加约9亿元。2024年，公司计划资本性投资主要聚焦在新项目及未来两年可能会带来增量的部分，整体投资预算较2023年会尽力控制30%左右的降幅。

景气回升

2023年，水晶光电的营业收入为50.76亿元，较上年同期增长16.01%，其中，光学元器件类收入占营业总收入的比例为47.06%，该类收入同比增长21.11%，该类毛利率增长4.5个百分点；宇瞳光学的营业收入为21.45亿元，其中96.26%为光学镜头制造业务，该业务的收入同比增长15.24%，该业务的毛利率下降5.07个百分点，安防类收入占营业总收入的比例为66.98%。2024年一季度，水晶光电和宇瞳光学的营业收入同比分别增长53.41%和38.47%，综合毛利率波动较小。

力鼎光电采用“多品种、跨领域、少量化”的差异化发展策略，长期与国际老牌光学企业进行技术对标。2023年，因安防变焦镜头及无人机镜头销量增加，力鼎光电变焦镜头的产量、销量及库存量分别提升75.59%、53.79%和106.23%。从专利数量来看，水晶光电的发明专利由2020年的28个增长为2023年的83个，宇瞳光学的发明专利由2020年的17个增长为2023年的79个，力鼎光电的发明专利则由2022年的11个增长至2023年的20个。

下游厂商对光学镜头产品在变焦、高像素、光学防抖、高可靠性等技术水平方面的要求不断提高，手机、安防行业竞争较为充分，车载光学产品价格承受价格压力，相关公司需要在研发、工艺、规模、客户、毛利率等方面保持竞争力。水晶光电和宇瞳光学对大客户的销售较为集中，2023年水晶光电向前三大客户的销售额占年度销售总额的57.56%，宇瞳光学向前五大客户的销售占比为51.93%，其中第一和第二大客户分别占比24.75%和16.69%。两家公司将业务布局向车载光电、元宇宙等方向转型，追求第二增长曲线，客户和业务结构需要适时优化，降低业务集中度和大客户依赖风险。

2023年，全球VR终端出货量为765万台，研究机构预测2024年全球出货将突破810万台。

VR设备经历了非球面透镜方案、菲涅尔光学方案和Pancake方案三个阶段，目的都是为了降低光学模组的整体重量与体积。要让AR设备实现更接近现实的眼镜形态，需要用到玻璃镜片光波导技术，而光波导元件的玻璃基底需要采用高质量的玻璃晶圆制作。为了扩大近眼显示的视场角，玻璃晶圆需要具备高折射率，为了减少色散问题，厂商通常要采用多层玻璃晶圆，制作出多层波导传输不同波段的光信号，另一方面要求玻璃晶圆达到厚度为0.3mm的超薄状态，挑战工艺难度。为了进一步提高性能、减少生产成本，下游客户要求玻璃晶圆尺寸更大、表面加工精度更高，考验厂商光学晶片的切割及抛光技术。国产厂商对于VR/AR光学镜头及配件正处于加速布局状态。

智能驾驶光学产品潜力大

车载摄像头又可分为内视、后视、前置、侧视头和环视等。新能源汽车中一套完整的高级驾驶辅助系统（下称“ADAS”）需包括6个摄像头，高端汽车的各类辅助设备装备的摄像头可达8个，用于辅助驾驶员泊车或触发紧急刹车。受益于L3以上自动驾驶不断推广与ADAS功能加速渗透，研究机构预测2026 年车载摄像头市场规模将达到355亿美元，长期有望接近500亿美元。

车载镜头的先发企业主要为跨国公司，建有完善的全球供应链体系，对供应商的资质、技术、生产能力等多方面进行筛选，形成了较高的行业进入门槛。随着国产新能源汽车的壮大，各家造车新势力的单车搭载车载摄像头的平均数量已超过10颗。为了满足高阶辅助驾驶的需求，汽车厂商将会不断增加前视、环视、后视和内视等各方位的摄像头，提高辅助驾驶的准确性和安全性。

车载HUD即汽车抬头显示，它将汽车时速、路况、导航和通讯娱乐等信息通过投影形式显示到汽车挡风玻璃或仪表盘上方玻璃上，使驾驶员在视线注视前方时也能感知相关信息，提升驾驶安全性。随着汽车智能化、网联化趋势不断推进，车载HUD作为辅助驾驶的配置，已成为为全球智能汽车浪潮下的必经之路。据预测，2021-2025年，AR HUD市场规模可从30亿元提升至300亿元。

国产厂商的崛起带动HUD价格逐步降低，不断刺激HUD产业的发展。2023年，宇瞳光学车载类产品收入为2.20亿元，同比增长192.92%，包含车载镜头、HUD光学部件、车载激光雷达光学元件等；联合光电智能驾驶领域多款产品实现量产，该类收入同比增长166.82%，主要产品包括车载镜头、毫米波雷达相关产品、AR HUD相关产品、车内投影产品等；水晶光电全年HUD出货量超20万台，获得多家车企的定点项目，该公司的玻璃材质类激光雷达视窗片新增多家量产客户。

2024年一季度，AR HUD在整体HUD市场占比增加至21.1%，同比增长10.5%。随着AR HUD所需AR引擎架构、AR实景能力逐渐成熟，具备AR导航等功能的AR HUD将成为更多车型的标配，占比有望加速提升。国产AR HUD产品已全面覆盖主流技术路线并均实现量产，据观察，AR HUD选装价格由此前的万元级逐渐降至5000元左右甚至3500元级别，开始走向平价化，AR HUD有望呈现良性的高速增长的模式。据预测，2021-2025年，AR HUD市场规模可从4.6亿元提升至196.7亿元。

视觉传感广泛应用

3D视觉感知技术最早应用于工业领域，主要用于高精度三维测量以及物体、材料的微小形变测量等，3D视觉感知在工业领域主要应用于三维扫描、微小形变测量、弯管角度测量分析、工业机器人的定位与导航等方面。2023年底，奥比中光利用语音、语言、视觉-语言大模型，辅以公司Orbbec Gemini 2系列深度相机的数据输入，打造出一个能够理解、执行语音任务的机械臂。

苹果手机的引领使得3D视觉传感器在手机领域得以规模化应用，同时也标志着3D视觉感知技术在消费级领域开始规模化普及。

除了刷脸支付，3D视觉传感器在智能门锁、3D看房等领域也在加速落地。基于3D视觉感知在消费电子、金融、零售、餐饮、汽车、AIoT等行业落地应用，如生物识别、三维重建、骨架跟踪、AR交互、数字孪生、自主定位导航等。全球3D视觉感知市场规模将快速发展，预计在2028 年将达到172亿美元。

机器人视觉相对于传统机器视觉，需要具备3D视觉、高度集成化、面向复杂多变场景等特质，旺盛的需求将促进各种主流3D视觉感知技术快速进化迭代，推动机器人行业加快发展。

自动驾驶领域的传感器分为视觉路线和激光雷达路线，视觉解决方案是在摄像头以及雷达等感知元件的基础上衍生出来，以摄像头为主，辅以毫米波雷达、超声波雷达等传感器，总体成本较低，但视觉方案对算法要求极高；激光雷达方案采用激光雷达并配合摄像头、毫米波雷达、超声波雷达等传感器，强调“强感知、低算法”。

随着L2、L3及以上渗透率不断提升，无论是视觉路线或是激光雷达路线，单车搭载传感器数量较以往将有明显增长，其中L3单车传感器的数量有望达到17-34颗，相较于L1的6-14颗出现大幅增加。据东莞证券测算，到2025年，国内乘用车自动驾驶传感器的市场规模预计约为527.70亿元，其中，车载摄像头、毫米波雷达、超声波雷达的市场规模分别有望达到132.94亿元、142.20亿元和172.41亿元。

2023年，永新光学车载及激光雷达业务实现销售收入超9000万，同比增长超50%，激光雷达由小批量出货正式迈入规模化生产。2024年一季度，公司新获得禾赛标配型激光雷达定点及图达通905纳米的激光雷达部件定点。

2023年，全球机器视觉市场规模约为925.21亿元，同比增长约5.80%，预计到2025年该市场规模将超过1100亿元。机器视觉行业的主要份额仍由外资主导，基恩士、康耐视等海外企业占据超过 50%以上的份额。2023年下半年起，消费电子持续回暖，对于机器视觉产业链的上游供应商来说是重要机遇，随着国产消费电子品牌高端化的推进，国内配套产业链的逐步完善，机器视觉产品的应用机会增多。2023年中国机器视觉市场规模为185.12亿元，同比增长 8.49%。3D视觉技术、深度学习逐渐成熟，工业机器视觉有望在更复杂的工业检测场景中渗透。

通过将3D视觉感知技术与 VR、AR 相结合，下游可以实现更加真实和沉浸式的交互体验，这将为教育、培训、娱乐等领域带来新的发展机遇。3D视觉等技术在机器视觉领域的应用，已经证明了新技术对行业边界拓展的作用。

未来，AI模型的表现形式将变得更加多元化，无论是文本、声音还是图像的人机交互，都将进一步优化普及，大模型、工业AI技术在机器视觉行业的落地应用和完善将进一步拓宽行业边界。

本文源自证券市场周刊