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足球精准推介:3D成像市场持续火爆,ToF传感器向更多应用场景蔓延

一种新技术的引爆往往从手机市场开始,2017年苹果推出全球一款搭载3D结构光技术的智能手机iPhoneX,让3D人脸识别FaceID取代了TouchID指纹识别,3D传感器市场被彻底引爆。市场上有三种3D成像技术,分别是双目立体成像、结构光和飞行时间(ToF)。通过这些技术生成的3D数据可实现人脸识别、手部运动检测、行人探测,以及提供SLAM(即时定位与地图构建)功能。

从技术上对比,双目成像技术具有分辨率高、精度高、抗强光干扰性强、成本低等优势,但是算法非常复杂、容易受到环境因素干扰、依赖环境光源、暗光场景表现不佳,因此目前在手机上应用相对较少。再看3D结构光,受到苹果的带动,技术已经成熟,通过一次成像可以得到深度信息,能耗低、成像分辨率高,已经广泛应用于3D人脸识别中,但是识别距离相对较短(大约0.2m-1.2m),模组结构比较复杂,成像容易受强光干扰,成本相对较高。

相对而言,飞行时间(ToF)的3D成像精度和深度图分辨率相比结构光要低一些,功耗较高,但是其识别距离更远(可以达到0.4m到5m),抗干扰性强,不仅可以应用于3D建模等应用,还适用于环境重构、手势识别、体感游戏、AR/VR等领域。因此,近几年ToF成像技术越来越受到关注。

    ToF市场炙手可热,多家芯片厂商入局

根据TrendForce预估,手机3D感测应用之Vcsel产值,2019年市场产值达11.39亿美元,增长26%;第三方权威市调机构Yole的预测,全球3D成像和传感器的市场规模2022年将超过90亿美元。其中,消费电子市场到2022年市场规模将超过60亿美元。

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未来市场可期,必然引来多家厂商分割蛋糕,芯片厂商ST、艾迈斯、ADI、英飞凌纷纷入局。“ST是较早开发飞行时间技术的厂商之一,我们的ToF产品隶属于MEMS和专用图像传感器事业部部门。从IHS-Markit统计来看,2018年,ST的CMOS图像传感器和光电产品全球排名第五,营收达到9.03亿美元。”意法半导体大中华暨南亚区影像事业部技术市场经理张程怡表示,“很多手机厂商都已经采用ToF传感器,ST的ToF模块被150多款智能手机采用,目前出货量达到10亿颗。”

    

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    意法半导体大中华暨南亚区影像事业部技术市场经理张程怡

张程怡向与非网记者介绍,“ST的FlightSense飞行时间产品开发路线图从高性能一维单点测距器件,扩展到多区域测距器件,并且添加了高分辨率3D深度传感器,使用先进的接近检测传感器、人体存在检测和激光自动对焦实现创新的应用。到目前为止,我们已经推出四款ToF产品,分别是Ewok(VL53L0)、EwokEvo(VL53L3)、EwokEvoPlus(VL53L1)和EwokMZ(VL53L5),其中前三款已经量产,第四款预计在2020年量产。”

除了ST,ADI也推出3DToF技术方案,其中CCDToF前端芯片ADDI903x系列是ADIToF方案的核心器件之一,可支持CCD红外光ToF传感器,分辨率可达640x480;艾迈斯半导体今年也推出了ToF集成式模块TMF8801,主打小体积,比竞争对手减小超过30%,测量范围达到2cm至2.5m。尤其是在日光下的可用性,一般当玻璃出现脏污时,ToF传感器难以准确测量距离,而TMF8801可以利用片上直方图处理功能,保持高精度测量。

    在FOV上实现突破

ST新一代的ToF传感器VL53L5有两个重要优势,一是视场角(FOV)从原来的27度增大到61度。FOV达到60度有两个优势,一是涵盖范围更大,适用于稍大型产品,如:大家电,大银幕等;二是FOV可编程,用户可以根据实际需要设定FOV,灵活性更高。关于未来视场角是否会出现瓶颈,张程怡认为,未来角度不是较大的瓶颈,较大的瓶颈是如何在这样的角度之下做到更好的应用,将分辨率、精准度细致化是一个关键点。

能够将FOV提高到61度,是因为在硬件上的发射端加了镜头。光都是有散漫性的角度,加上镜头以后镜头可以很大,也可以很小。另外,接收的凸透镜,也做了放大,两个都放大之后范围就更大了,这也是建立在软件的基础上,我们在软硬件上同时并进,扩大了视场角。

VL53L5的另一个优势是可切割,这是革命性的突破,从VL53L5的代号EwokMZ可以看出,MZ代表锥形,里面可以切割。切割后分成四个象限,每个象限可以再切割,达到4x4=16个区域或更多。以16个有效区域为例,每个区域都能独立输出测距,这能够代表深度的变化,由于深度的不同可以形成3D建模块,因此,基于这16个区域的数字,可以进行手势识别。

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