艾迈斯半导体怎样改写ToF商用的格局

集微网报道 根据集微咨询的报告，智能手机的3D感测需求将从2019年的2亿部增加至2025年的5亿部以上，ToF有望成为智能手机摄像头的下一个风口。从2020年开始，ToF模组的出货量将进一步扩大，预计到2022年，在所有3D模组中占比将达到50%。

不过，ToF是一大类技术的统称，其中又分为iToF（间接飞行时间）和dToF（直接飞行时间）两大种类。iToF是通过发射特定频率的调制光，检测反射调制光和发射调制光之间的相位差测量飞行时间。dToF则顾名思义是直接测量反射光脉冲和发射光脉冲之间的时间间隔。

dToF过往只掌握在苹果手中，而近日艾迈斯半导体（ams）与ArcSoft合作推出的一款dToF传感解决方案，将使安卓阵营的移动设备也具备这种精良的3D感应技术。

与dToF相比，iToF最大的局限是多径干扰。“在真实场景中存在复杂的漫反射甚至镜面反射，而这些干扰会使得测量值变大，严重影响3D重建的效果。另外iToF往往采用泛光投射，在远距离和高精度这一对指标上很难调和。而dToF直接测量飞行时间，它的误差在正常工作范围内不随距离而变化，并且受到多径等因素的干扰较小，在远距离、复杂环境的应用有优势。”艾迈斯半导体3D感知资深市场经理Sarah Cheng认为dToF是远距离应用的一个关键技术。

“高质量的AR体验需要高质量的深度图，尤其在有用的距离和环境光范围内要产生高精度、低噪声、高可信度的深度信息。什么是有用的距离和环境光范围呢？基本可以概括为在室内以及室外环境光条件下3-5米以上的距离，在这样的距离范围，尤其是在室外强光照条件下，只有dToF可以满足这样的要求。”Sarah Cheng补充道。

并且，dToF在精度、距离、抗干扰能力等关键参数上都优于iToF，因此是最适合AR应用的3D视觉技术。只是以往的安卓手机都只能使用iToF，受限于技术的短板，导致了多数手机厂商商用ToF后又弃用的现象。

随着ams与ArcSoft合作的新方案推出，这种局面将得到改变。艾迈斯半导体传感、模块和解决方案业务线高级副总裁Lukas Steinmann表示：“我们预见，从2022年开始，高端Android移动设备将会更大范围地采用3D dToF技术来改善后置AR用例和图像增强功能。

集成ams的3D光学传感解决方案和ArcSoft的先进中间件与软件来实现即时定位与地图构建（SLAM）和3D图像处理，这让制造商能够快速且更简单地在移动设备中实现AR功能。除了AR，高性能、低功耗的dToF传感系统还支持其他有价值的应用，包括3D环境和物体扫描、摄像头图像增强，以及在黑暗条件下提供摄像头自动对焦辅助。

这个方案的主要特性包括：

•在所有光强条件下（强光，弱光，室内，室外，较复杂的环境光等），在恒定分辨率下可实现较大的距离检测范围和较高的（不变的）距离检测精度。

•与如今市面上提供的3D ToF解决方案相比，其峰值功率高出20倍。

•针对移动设备，优化最低平均功耗，在房间扫描距离范围内实现高帧率（>30fps）运行。

Sarah Cheng告诉集微网：“ams dToF解决方案是一套完整的技术堆栈，包含了VCSEL阵列、点阵光学系统和通常所说的高灵敏度单光子雪崩光电二极管，也就是SPAD传感器，保证了远距离下在户外的最佳性能，而其点阵光学系统确保了整套方案的低功耗，而嵌入式处理的灵活架构和完全校准的深度图像输出可以最大减少手机厂商的集成工作量。”

据悉，ams预计该系统将在2021年底之前开始投产，提供比现有方案更优化的全集成3D dToF传感解决方案。

在向手机后摄进军的同时，ams还希望dToF方案能落地在更多应用中。

“车载基本上要用到100米以外甚至200-300米的范围，dToF技术非常适合。此外，还有安防领域，包括交通监测等方面。在电子消费领域，现在刷脸用的基本是iToF或者结构光的方案，dToF也可以一展身手。这样的应用还非常多，包括智慧家居等等。”艾迈斯半导体大中华区应用市场总监徐冰博士非常看好dToF的应用扩展。

徐冰博士认为：“ dToF和传统的iToF来比，dToF本身的运算量更低，所以如果iToF能应用的话，dToF当然可以用。比如，在机器人上就是典型的一种应用，比如扫地机器人、工业机器人等，这都是dToF技术的目标。”

当前，dToF要实现全面的商用化，还有最后一个挑战，那就是较高的成本。不过，徐冰博士就认为，随着产量的增加，随着工艺性能提高，随着ams全球化计划的开展，dToF成本问题必将成为过去时。“我相信随着量上去，提高VCSEL或者SPAD的效率，并且本土化或者更进一步的全球化实现，这几个因素综合起来，dToF的成本可以非常贴近iToF。”（校对/诺离）