tof：智能手机摄像头的下一个风口 -凯发app官网登录

在最近发布的ipad pro中，苹果宣布使用dtof lidar技术，让飞行时间(time-of-flight, tof)这个略显小众的“黑科技”再次成为2020年厂商展示技术实力当仁不让的筹码。根据咨询机构yole développement的最新预测，包括tof技术在内的全球3d成像与传感市场，将以20%的年均复合成长率(cagr)从2019年的50亿美元成长至2025年的150亿美元。其中，摄像头后置3d成像应用将超过前置，市场渗透率将在2025年接近42%。

2019-2025年全球3d成像与传感市场收入预测 (来自yole développement)

目前，包括oppo r17 pro、vivo nex双屏版、荣耀v20、lg g8、三星s10 pro、华为p30 pro、华为mate 30 pro和华为p40 pro/pro 在内的中高端旗舰智能手机，纷纷将基于tof技术的后置3d成像方案列为标配。而国盛证券的报告也显示，从2020年开始，tof手机的出货量将进一步爆发，在整体3d感应中占比有望达到40%。预计2019/2020年tof手机的出货量为7760万，同比大幅增长747%；成本方面，tof的bom成本大约为12-15美元，而芯片的成本大约占到整体bom的28%-30%。

3d后置传感应用多元化

tof与结构光、双目视觉技术(stereo vision)一起，共同组成了当前3d摄像头的三条主流技术路线。其基本原理与3d激光传感器类似，只不过3d激光传感器是逐点扫描，而tof相机则是同时得到整幅图像的深度信息。这就好比是tof镜头发射出了一整面平整的“光墙”，这面光墙打到物体表面发生了形变并带着3d信息反射回来，根据激光往返的时间长短和其固定的飞行速度，就能计算出物体表面上的点与手机之间的距离。当发射的激光足够多时，就可以触达物体表面的每一个点，当所有的点连成一个3d立体面时，我们就能获得物体的形状信息。

和tof相比，结构光在短距离(<80cm)范围内具有高精度和强抗干扰能力的优势，所以在前置3d应用中，结构光性能优势比较明显。但在后置3d应用中，由于tof工作距离比结构光更远，因此它的应用范围可以变得更广。从应用层面对比而言，结构光技术功耗更小，技术更成熟，但由于应用距离受限，所以更适合解锁以及安全支付等静态场景；而tof方案拥有更高的帧率(fps)，在远距离下噪声较低，更适合智能机后置摄影、ar/vr(包括3d拍照、体感游戏)等动态场景。

主流3d视觉方案对比

这意味着，随着增强现实内容市场的蓬勃发展，内容厂商不断推动ar/vr开发平台的发展，tof有望接力结构光，从生物感知到虚拟现实，从人脸识别到3d建模，带来产业端升级和用户体验优化，前置人脸识别 后置虚拟现实功能可能成为手机的下一个形态，tof有望成为智能手机摄像头的下一个风口。

但需要指出的是，其实除了智能手机领域，tof技术在智能家居、智能安防、智能零售、自动驾驶等领域迎来爆发将成为大概率事件，有着很大的发展前景。例如扫地机器人将从传统的单线机械扫描式激光雷达转向tof激光雷达测距，用于识别跟踪人体，让人类生活各方面变得更加智能；在自动驾驶/车内感知监控/agv领域，tof 3d传感技术可以应用于车载激光雷达、车内人体识别、车内手势识别等相关技术的实现。

如何用tof进行“思考”？

很多人认为iphone 7是tof测距传感器首度现身智能手机市场的标志，但其实这是一个误解。该技术最先在blackberry passport智能手机中得到采用，它当时使用了意法半导体(st)三合一智能光学模块vl6180x，整合了接近传感器、环境光传感器以及vcsel光源。很快，在随后推出的几款lg手机中也发现了这款组件。

2017年1月，st推出其第二代tof传感器——vl53l0x，一经推出，就有6家来自亚太地区的手机制造商宣布采用这款传感器芯片。相较于vl6180，vl53l0省去了环境光传感器，而其spad模组也加以了改善。而在iphone 7，包括后来的iphone x中，st将vcsel接合在tof芯片顶端，进一步实现了更精巧的模块。

5年来，st已经陆续推出了vl6180x、vl53l0)、vl53l1、vl53l3、vl53l5四代flightsense产品。其中vl53l5是st第四代产品，将于今年正式推出。与普通tof产品25-27度的视场角(fov)不同，vl53l5的fov最大能够达到61度，由此带来的好处一是覆盖范围更广，更适合大家电、大屏幕产品使用；二是客户可根据自己的需求，通过算法缩小、中间变化等方式对fov角度进行编程，弹性更大。

adi也是国内被选择最多的tof芯片商之一。其ccd tof 前端芯片addi903x系列产品可支持ccd红外光tof传感器，分辨率达 640x480。addi903x可将影像信号转换为数字信号，并提供高精确度的脉波时间控制器，闭回路设计，让激光二极管控制的脉波宽度更准确，进而可以得到更精准的深度数据。

adi公司ccd tof 前端芯片addi903x提供的功能

以传感器和前端芯片addi903x 为核心的tof技术方案，拥有超高帧率和实时性，相比3d激光传感器的逐点扫描，能快速而又准确的获取整体图像的深度信息。在其它3d技术中，距离的计算要通过复杂算法进行，而tof图像传感器芯片可直接测量到对象的距离。另外，该方案在户外性能方面非常出色，可支持940 nm光源，并且每个像素都有独特的背景照明抑制电路。即使有两倍的照明峰值功率，该方案也能提供未被干扰的深度数据。

vivo与adi合作开发的tof 3d超感应技术vivo nex系列手机就是一个很好的代表，tof 3d立体摄像头的加入大大提升了手机支付的安全性，更丰富的美颜功能以及其他便利功能。通过tof红外景深镜头，能更准确地识别用户面部巨大数量的立体特征，不仅可以实现解锁，更能实现“刷脸”支付；通过 3d 面部建模的方式，实现3d级别的捏脸效果，能细致的调整脸型；tof相机支持3d测量仪功能，该功能可以测量物体尺寸，为用户日常使用提供更多便利。

ti 第二代3d tof方案—tintin双芯片则由传感器芯片opt8241(包含模拟前端)和控制处理器芯片opt9221组成，典型应用包括机器人避障和自动导航、三维扫描、安全监控、人数统计、vr人机互动等等。其中，opt8241是分辨率为qvga 320x240的光传感器，控制光源发射和反射光接受和处理；opt9221是tof控制器，负责整个系统时序和控制，并把原始数字相位信息处理并输出景深数据。

tintin套片凯发app官网登录的解决方案

消费与专业市场的“双轮驱动”效应

从技术层面来说，tof技术在消费电子(虚拟现实、人脸识别、体感交互)等应用上面临的性能挑战难度通常要更小一些，关注重点主要集中在低成本、低功耗和小尺寸等方面，对于测量速度、寿命和分辨率等方面的要求并不强烈。但对于汽车(辅助驾驶、人脸识别、手势识别)、工业级自动化(自动避障、测量测距、感知定位)、医疗电子(增强现实、远程交互)、新零售(手势识别、客流统计、行为识别)、智能安防(人脸识别、行为分析)等专业级场景来说，tof传感系统的设计不仅需要在精度、范围、响应时间、分辨率、成本、功耗、封装之间取得平衡，还需要针对不同情况中出现的各种不可控因素、传感系统的灵活性与抗干扰性等方面进行定制化的冗余设计，比如添加一些高可靠性的滤波和抗干扰器件/模块，并加载相关的软件算法，从而保证系统有足够的能力去应对不同类型的突发状况。

以汽车应用为例，目前市场上的倒车雷达只能感应是否有障碍物，但一些“身材”矮小的障碍物就达不到感应范围的要求。如果采用tof技术，倒车系统就可以同时侦测多个不同距离的行人或障碍物，当有行人或者障碍物靠近时，就算是视线死角车顶的树枝，透过软件处理后，也能以影像或声音警示距离，以帮助驾驶人员了解车后相关路况。

在智能建筑领域，以具备人脸识别的tof 3d立体影像自动门凯发app官网登录的解决方案为例，传统自动门采用红外线反射原理，只能检测到是否有物体出现在感测范围，导致动物也能自由进出商场，造成了管理上的困扰。基于tof的方案则可识别空间中的人类特征以及人与物体相对位置距离，避免非人类进入商场。此外，商业空间的3d人流自动统计过去有成熟方案，但如何有效利用影像技术，以最低的成本精准分辨进出者的身高、体重、出入时间和低于1%的高度误差，就有相当的技术门槛了。

除了完成物体的3d深度拍照外，tof技术在工业领域还能为机器人带来视觉效应，使之能像人类一样具有方向感。但如果用激光雷达来解决机器人自主避障问题，成本需要增加数万元；用双摄像头方案，需要大量的运算和双摄像头精准位置的调教。 

结语

作为一种新型的视觉传感技术，无论是针对消费级还是专业级应用领域，当前仍需解决的基础性问题还很多，未来如何通过技术手段去真正实现成本、功耗、体积、速度、寿命、稳定性以及抗干扰能力等多方面的平衡，达到一个相对目前来说更为优化的水平，进而实现tof视觉传感技术实际应用中可靠性的成倍提升，是技术方案提供商们应当考虑的重点，也是tof技术普及乃至整个市场健康发展的前提。

特色产品