被蘋果手機首發(fā)搭載之后，dTOF或全面進入無人機市場！

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李彎彎）近幾年，中國無人機市場快速發(fā)展，目前無人機已經(jīng)廣泛應用于航拍、農(nóng)業(yè)、植保、微型自拍等領域，數(shù)據(jù)顯示，2015-2020年，我國民用無人機市場整體規(guī)模從24億元預計增長到361億元，年復合增長率為72%。

消費級無人機市場的爆發(fā)使得無人機的影響力不斷提高，電力、農(nóng)業(yè)等行業(yè)相繼研究無人機在各自行業(yè)應用的可能性，帶動工業(yè)級無人機市場增速加快，2019年，我國工業(yè)無人機市場規(guī)模超58億元，預計2021年行業(yè)規(guī)模將超89億元。

近日馬來西亞丁加奴州警方動用無人機在公共場所識別人群中體溫異常的人更是引起了不少關注。據(jù)新加坡亞洲新聞臺報道，無人機能在離地面20米的空中監(jiān)測人體體溫，一旦發(fā)現(xiàn)體溫超過37.5攝氏度的情況，無人機就會發(fā)出紅光，執(zhí)法人員將據(jù)此前往現(xiàn)場確認體溫異常者。

無人機在高空飛行，需要用到傳感技術進行測距定高、避障防撞、定位&建模（SLAM）、手勢/物體識別等，比如避障，無人機通過其傳感器收集周邊環(huán)境的信息，測量距離從而做出相對應的動作指令，從而達到避障的作用，無人機安全飛行離不開傳感，那么哪些傳感技術更適合應用在無人機上？


無人機避障多采用雙目、dTOF傳感

安森美半導體高級技術經(jīng)理張厚新此前在某個活動上介紹，無人機避障如果采用攝像頭的話，多是采用雙目的形式，比較多選擇用全局快門圖像傳感器。

全局快門相較于傳統(tǒng)的卷簾快門，全局快門可以消除運動帶來的果凍效應，同時全局快門還可以高效的和LED Flash配合，節(jié)省電力消耗。

安森美有多款適用于無人機避障的圖像傳感器，包括ARX383、AR0135、AR0144、AR0234、ARX3A0，其中目前國內(nèi)用得比較多的是AR0144。另外安森美今年新推出一款VGA產(chǎn)品ARX383，可以跑120幀，光學尺寸只有1/8寸，適用于對價格較為敏感的無人機產(chǎn)品。

另外dTOFSensor也適合用于無人機避障，安森美目前也有比較多出貨。dTOF的基本原理是，通過單發(fā)激光脈沖計算光子達到的時間，用于深度測量。不過問題是，如果只用一次脈沖的話，信噪比、干擾會比較多，可能出現(xiàn)發(fā)射出去，接收不回來。因此還可以采用多脈沖發(fā)射，具有更好的信噪比、可以測更遠的具體，能夠更精準的得到距離信息。

安森美主要采用的是SPAD，即硅單光子雪崩二極管，是一種具有單光子探測能力的光電探測雪崩二極管，同時安森美還有SIPM技術，即光電倍增管，大致的方式是將單個SPAD并聯(lián)，形成矩陣的形式，這樣可以實現(xiàn)較遠的測距。

張厚新談到，安森美可以提供包括單點、線陣以及面陣的產(chǎn)品，線陣的產(chǎn)品比如有1*12、1*16，不僅可以用在無人機上，還可以用在醫(yī)療和放射市場，以及LiDAR市場。


dTOF全面覆蓋無人機的五大深度傳感應用方向

現(xiàn)在很多無人機越來越先進，搭載各種先進的攝像頭和傳感器，靈明光子聯(lián)合創(chuàng)始人賈捷陽認為，dTOF傳感是無人機的第三只眼，這種真正深度傳感器開始普及之后，會讓未來的無人機更加智能、更加智慧。

靈明光子成立于2018年，專注于用SPAD技術設計先進的dTOF傳感器，公司在手機、汽車、IoT領域做了非常多探索，在無人機領域也有很多客戶，成立到現(xiàn)在已經(jīng)推出多款量產(chǎn)產(chǎn)品。

深度傳感器包括多種類型，在無人機上的應用簡單來說就是測距，大概有五大應用方向，包括測距定高、避障防撞、攝像自動對焦、定位&建模（SLAM）、識別&增強現(xiàn)實。不同的應用方向?qū)鞲衅鞯男枨笠采杂胁煌?br />

深度傳感器的類型有超聲波、毫米波雷達、多目攝像頭、結構光、間接飛行時間(iTOF）和直接飛行時間（dTOF），其中超聲波、毫米波雷達是目前無人機較為常見的搭載方式，多目攝像頭也很常見，尤其是應用在消費級無人機上實現(xiàn)避障。

這些方法各有優(yōu)劣，比如超聲波有一個很大的優(yōu)點就是便宜，毫米波雷達可以測得更遠，雙目攝像頭對硬件系統(tǒng)要求簡單，不需要先進的傳感器，結構光的精度更高，iTOF和dTOF都適用于遠距離測距，其中間接飛行時間分辨率會更高。

賈捷陽認為，上述這些深度傳感器在無人機以外的消費類產(chǎn)品中都各有優(yōu)勢，比如手機，但是用在無人機上的話，dTOF不一定是全面最優(yōu)的，但卻是綜合性能最好的，比如測距距離不如毫米波，但卻比毫米波成本更低、體積更小。

再比如在測距精度上，在某些固定距離，與結構光相比，結構光只能看一個固定距離，沒法從0m測到10m-20m，但dTOF可以在精度略遜于結構光的情況下，測從10m到20m；同時dTOF在體積和功耗方面也極具優(yōu)勢。

另外雖然分辨率略遜于iTOF和雙目，無人機對分辨率的要求并沒有那么高，并不需要VGA、1080p這么高分辨率的3D圖像，因此賈捷陽表示，我們認為dTOF未來會是無人機方面最重要、最好的深度傳感解決方案。

dTOF的產(chǎn)品形態(tài)大概有三類，單點測距、散點測距和面陣成像。dTOF有兩種工作模式，MPPC工作模式，硅光子倍增管SiPM，也就是把多個SPAM并聯(lián)的模式，特點是模擬輸出，單點或線陣測距，測距能力強，可以達到100m以上，后端電路簡單，適用于激光雷達、測距儀等。TCSPC工作模式，單光子圖像傳感器SPADIS，特點是數(shù)字輸出，面陣成像或散點測距，測距能力弱，后端電路負責，適用于3D攝像頭。

據(jù)賈捷陽介紹，在硅光子倍增管產(chǎn)品SiPM上，靈明光子擁有全球光子探測效率最高的SPAD產(chǎn)品，905nm是高到25%，因為采用了微透鏡、BSI、光子捕捉等先進技術；在單光子圖像傳感器SPADIS方面，國際先進的SPADIS產(chǎn)品，有80*60、160*120等，產(chǎn)品采用國際最先進的3D堆疊架構工藝，目前國內(nèi)只有靈明光子采用該工藝，國際上只有索尼和靈明光子有采取該工藝的成熟產(chǎn)品。

未來靈明光子將會陸續(xù)推出各類升級產(chǎn)品，希望通過不同產(chǎn)品的組合，達到全覆蓋的無人機全套dTOF解決方案，覆蓋上述提到的無人機五大深度傳感應用方向。

小結

總的來看，無人機越來越廣泛的應用在人們的生活和工作中，隨著社會發(fā)展和技術進步，無人機也在向更加智能化方向發(fā)展，傳感作為無人機的眼睛，也需要不停的優(yōu)化升級，目前無人機避障用得較多的是雙目和dTOF，而整體而言無人機搭載較多的是超聲波、毫米波雷達，而靈明光子認為，未來dTOF可以全方位滿足無人機的各種應用需求，預計可以替代目前無人機搭載較多的雙目攝像頭、超聲波、毫米波雷達等。

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