3D ToF感測(cè)市場(chǎng)大熱，ADI ToF方案憑借哪些優(yōu)勢(shì)搶占市場(chǎng)先機(jī)？

本站原創(chuàng)，作者：章鷹，電子發(fā)燒友執(zhí)行副主編。

近日，中國(guó)信通院的最新報(bào)告顯示，以3D攝像頭為代表的新型光學(xué)傳感器件嶄露頭角，目前智能手機(jī)主流的3D成像技術(shù)有結(jié)構(gòu)光、ToF（飛行時(shí)間）和雙目測(cè)距三種。3D傳感攝像頭呈現(xiàn)三大趨勢(shì)：第一、除攝像頭外，還配備結(jié)構(gòu)光發(fā)射端、結(jié)構(gòu)光接收端或時(shí)差測(cè)距/距離傳感器；第二、可以一定程度進(jìn)行活體判斷，防止被攻擊破解；第三、蘋果、華為、OPPO發(fā)布的新機(jī)型開始逐步配備3D攝像頭。

據(jù)行業(yè)預(yù)計(jì)，2019年使用TOF 3D傳感器技術(shù)的智能手機(jī)出貨量將達(dá)到2000萬(wàn)臺(tái)。2019年，3D攝像頭的旗艦手機(jī)更加流行起來(lái)，以華為P30 Pro為例，這款手機(jī)搭載3顆主鏡頭，外加1顆為時(shí)差測(cè)距的（TOF）偵測(cè)景深范圍的鏡頭，主流手機(jī)廠商三星、華為、OPPO和vivo都在旗艦機(jī)型上配備ToF技術(shù)的3D感測(cè)方案。

筆者了解到，vivo NEX雙屏版的3D人臉識(shí)別和ToF 3D超感應(yīng)技術(shù)，就是ADI和Vivo共同合作的成果，ADI如何看待ToF技術(shù)在3D感測(cè)方案的優(yōu)勢(shì)？其ToF方案的優(yōu)勢(shì)是什么？落地應(yīng)用中3D ToF方案最有可能在哪些場(chǎng)景起量？ADI系統(tǒng)應(yīng)用工程經(jīng)理李佳接受了<電子發(fā)燒友>記者的采訪。

ToF技術(shù)與其他感測(cè)技術(shù)三大優(yōu)勢(shì)

“這種技術(shù)跟3D激光傳感器原理基本類似，只不過(guò)3D激光傳感器是逐點(diǎn)掃描，而ToF相機(jī)則是同時(shí)得到整幅圖像的深度信息?！盇DI系統(tǒng)應(yīng)用工程經(jīng)理李佳指出，“簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)，通俗點(diǎn)解釋就是ToF發(fā)射器發(fā)射出了一整面平整的‘光墻’，這面光墻打到被測(cè)物體表面反射回來(lái)，并帶回來(lái)了深度信息?！盩oF發(fā)射器向物體發(fā)射激光，再由一個(gè)接收器接收反射回來(lái)的激光，根據(jù)激光往返的時(shí)間長(zhǎng)短和其固定的飛行速度，計(jì)算出物體表面上的這個(gè)點(diǎn)與ToF相機(jī)之間距離。

圖：ADI系統(tǒng)應(yīng)用工程經(jīng)理李佳

李佳表示，相比3D深度視覺(jué)其它兩種方案而言，ToF方案在實(shí)際應(yīng)用中的優(yōu)勢(shì)顯著。

圖：3D視覺(jué)主流方案對(duì)比

例如：在畫面拍攝后計(jì)算景深時(shí)不需要進(jìn)行后處理，既可避免延遲又可節(jié)省采用強(qiáng)大后處理系統(tǒng)帶來(lái)的相關(guān)成本；ToF測(cè)距規(guī)模彈性大，大多數(shù)情況下只需改變光源強(qiáng)度、光學(xué)視野以及發(fā)射器脈沖頻率即可完成；由于具有不易受外界光干擾、體積小巧、響應(yīng)速度快以及識(shí)別精度高等多重優(yōu)勢(shì)，使得ToF無(wú)論是在移動(dòng)端還是車載等應(yīng)用領(lǐng)域日漸成為3D視覺(jué)的首選技術(shù)方案。

消費(fèi)級(jí)市場(chǎng)+工業(yè)市場(chǎng)，ToF技術(shù)3D感測(cè)方案市場(chǎng)前景看好

拓墣產(chǎn)業(yè)研究院指出，2019年全球智能手機(jī)3D感測(cè)市場(chǎng)年成長(zhǎng)率預(yù)估為26.3%，規(guī)模為38.9億美元。由于蘋果、華為智能手機(jī)采用TOF技術(shù)，2020年整個(gè)市場(chǎng)將加速發(fā)展，年成長(zhǎng)率達(dá)53.1%。

除消費(fèi)市場(chǎng)之外，3D感測(cè)于工業(yè)自動(dòng)化的應(yīng)用一樣頗具潛力，從傳統(tǒng)產(chǎn)業(yè)到電子產(chǎn)業(yè)，缺工問(wèn)題已帶動(dòng)機(jī)器手臂快速發(fā)展，3D視覺(jué)作為機(jī)器手臂之眼，可憑借專業(yè)能力輔助動(dòng)作更協(xié)調(diào)，具有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。

在ADI看來(lái)， ToF在自動(dòng)化工廠的應(yīng)用包括機(jī)器人的自主避障領(lǐng)域可以發(fā)揮重要作用， ADI對(duì)于ToF技術(shù)提供了從硬件芯片到依附于硬件芯片上的算法等多種靈活的方案，其ToF電子圍欄方案能設(shè)立虛擬安全防護(hù)墻，借ToF信號(hào)處理器ADDI9033搭配紅外光感測(cè)組件，采用具有 ToF 測(cè)距技術(shù)的組件，可應(yīng)用于工業(yè)自動(dòng)化中安全防護(hù)的 Virtual Wall （虛擬圍欄）方案。利用ToF的深度數(shù)據(jù)，ADI的方案還可以有效地增加影像的辨識(shí)度，達(dá)到對(duì)象判斷的精準(zhǔn)度，提供以往機(jī)器所沒(méi)有的機(jī)器視覺(jué)，避免了激光雷達(dá)與雙攝像頭方案的缺陷。

圖：ADI 公司的ToF 電子圍欄這項(xiàng)安全防護(hù)方案可應(yīng)用在眾多機(jī)器手臂的場(chǎng)合

李佳分享了ADI所研發(fā)的突破性ToF技術(shù)方案，從工業(yè)自動(dòng)化、智能建筑到汽車應(yīng)用等，全面推進(jìn)智慧物聯(lián)網(wǎng)創(chuàng)新的應(yīng)用開發(fā)?！癆DI公司的ToF技術(shù)之所以受到矚目，是因?yàn)檫@項(xiàng)技術(shù)能達(dá)到VGA影像分辨率與精準(zhǔn)度，同時(shí)又具備更低的功耗與占位空間，深度數(shù)據(jù)能有效增加影像識(shí)別度，達(dá)到對(duì)象判斷的精準(zhǔn)度。”

汽車應(yīng)用中，目前市場(chǎng)上的倒車?yán)走_(dá)只能感應(yīng)是否有障礙物，甚至一些“身材”矮小的障礙物達(dá)不到感應(yīng)范圍的要求。采用了 ToF技術(shù)的倒車系統(tǒng)可同時(shí)偵測(cè)多個(gè)不同距離的行人或障礙物，當(dāng)檢測(cè)到有行人或者障礙物靠近，就算是視線死角車頂?shù)臉渲?，透過(guò)軟件處理后，能以影像顯影或聲音警示距離，進(jìn)一步輔助駕駛得知車后相關(guān)路況。

ADI公司所開發(fā)的ToF模塊結(jié)合影像傳感器和VGA ToF傳感器模塊與內(nèi)建圖像處理器方案，比傳統(tǒng)音波檢測(cè)具備更佳的檢測(cè)角度，也更能準(zhǔn)確測(cè)量物體跟汽車的距離。此外，由于ADI把ToF加上2D RGB影像傳感器可做到重迭實(shí)際影像，換句話說(shuō)，就是比傳統(tǒng)音波檢測(cè)具備更佳的檢測(cè)角度，也更能準(zhǔn)確測(cè)量物體跟汽車的距離。這對(duì)汽車倒車系統(tǒng)、開門防護(hù)系統(tǒng)、停車輔助系統(tǒng)及盲點(diǎn)偵測(cè)，提供更大范圍的碰撞偵測(cè)預(yù)防。

另外，ADI 針對(duì)車內(nèi)檢測(cè)系統(tǒng)打造的 ToF 技術(shù)方案，擁有業(yè)界領(lǐng)先的靈敏度、環(huán)境光耐受能力以及業(yè)界最高的分辨率，這些性能使得 ADI ToF 方案可支持寬視場(chǎng)角應(yīng)用需求，為車內(nèi)駕駛員監(jiān)控和手勢(shì)識(shí)別設(shè)備具有更出色的靈敏度、更高的集成度、更為豐富的功能和更低的能耗。

CCD ToF 前端芯片ADDI903x，突出系統(tǒng)級(jí)ToF方案優(yōu)勢(shì)

每一款解決方案都有它核心的器件，ADI的ToF方案也不例外，其CCD ToF 前端芯片ADDI903x系列就是其ToF方案的核心器件之一，該系列產(chǎn)品可支持CCD紅外光ToF傳感器，分辨率可達(dá) 640x480。ADDI903x可將影像信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并提供高精確度的脈波時(shí)間控制器，閉回路設(shè)計(jì)，讓激光二極管控制的脈波寬度更準(zhǔn)確，進(jìn)而可以得到更精準(zhǔn)的深度數(shù)據(jù)。

圖：ADI公司CCD ToF 前端芯片ADDI903x提供的功能

以傳感器和前端芯片ADDI903x 為核心的ToF技術(shù)方案，擁有超高幀率和實(shí)時(shí)性，相比3D激光傳感器的逐點(diǎn)掃描，能快速而又準(zhǔn)確的獲取整體圖像的深度信息。在其它3D技術(shù)中，距離的計(jì)算要通過(guò)復(fù)雜算法進(jìn)行，而ToF圖像傳感器芯片可直接測(cè)量到對(duì)象的距離。另外，該方案在戶外性能方面非常出色，可支持940 nm光源，并且每個(gè)像素都有獨(dú)特的背景照明抑制電路。即使有兩倍的照明峰值功率，該方案也能提供未被干擾的深度數(shù)據(jù)。

圖：ADI公司ToF方案的完整系統(tǒng)組成。

這款系統(tǒng)級(jí)別的ToF解決方案與CMOS解決方案相比，在同樣的尺寸或同樣的成本，ToF可提供更高的系統(tǒng)性能。比如高解析度，在光線復(fù)雜的環(huán)境中，可以更好的區(qū)分主體與背景，同時(shí)，得力于松下針對(duì)940nm發(fā)光波段而設(shè)計(jì)的CCD架構(gòu)，可以更精確的捕捉運(yùn)動(dòng)環(huán)境中的畫面。

李佳以Vivo NEX雙屏版的ToF方案為例，指出這款手機(jī)的零光感3D人臉識(shí)別就是vivo與ADI 合作開發(fā)的ToF 3D超感應(yīng)技術(shù)，使 NEX 雙屏版實(shí)現(xiàn)了突破性的 ToF 零光人臉識(shí)別，實(shí)現(xiàn) 24 小時(shí)全天候輕松解鎖。

作為 NEX 雙屏版 ToF 3D 超感應(yīng)技術(shù)的合作伙伴，ADI 的 ToF 技術(shù)可感應(yīng)30萬(wàn)個(gè)有效深度信息點(diǎn)——是 3D 結(jié)構(gòu)光技術(shù)的10倍，而且 ToF 模組的baseline（基線）近乎為零，比結(jié)構(gòu)光技術(shù)的25mm有大幅提升。

國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的TOF深度傳感解決方案提供商Pico Zense的TOF深度傳感模組利用的就是ADI公司的ToF方案，其主打產(chǎn)品DCAM710的深度圖像分辨率均可達(dá)到640 x 480，畫面每秒傳輸幀數(shù)30FPS，該產(chǎn)品尺寸小、功耗經(jīng)濟(jì)、成像清晰度、精度均達(dá)到VGA標(biāo)準(zhǔn)，可以廣泛適用于智能機(jī)器人、 AR/VR、 微投影、無(wú)人機(jī)等領(lǐng)域。據(jù)李佳透露，未來(lái)ADI將與更多的公司合作，讓ToF 技術(shù)更快、更精準(zhǔn)的落實(shí)在物聯(lián)網(wǎng)模塊化系統(tǒng)級(jí)軟硬件解決方案上。