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11月10日

3D ToF开启未来AR之路,iPhone12 Pro和华为Mate40为何都选它?

作者 : admin | 分类 : 电子技术 | 超过 14 人围观 | 已有 0 人发表了看法
原标题:3D ToF开启未来AR之路,iPhone12 Pro和华为Mate40为何都选它?

电子发烧友网报道(文/章鹰)11月,苹果iPhone12 5G系列的全球发布,华为Mate40的全球发布,都给5G手机市场带来了新的风向标。据DigiTimes最新报道,用户对iPhone12 Pro的需求强劲,由于对iPhone 12 Pro的需求强劲,苹果准备增加对基于 ToF 的 LiDAR 扫描仪的 VCSEL芯片的订单。而在中国和海外发布的华为Mate40 Pro及以上版本型号拥有支付级别的3D ToF人脸识别操作。

3D ToF开启未来AR之路,iPhone12 Pro和华为Mate40为何都选它?

图:iPhone12 Pro

3D ToF开启未来AR之路,iPhone12 Pro和华为Mate40为何都选它?

图:华为Mate40 Pro

美国MarketsandMarkets最新报告预测,ToF传感器市场预计将从2020年的28亿美元增长到2025年的69亿美元,复合年增长率为20%。市场增长主要源自汽车产业对ToF传感器需求的增长,智能手机中3D摄像头的日益普及,以及高端智能手机的销量增长。

3D ToF开启未来AR之路,iPhone12 Pro和华为Mate40为何都选它?

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图:2020年-2025年ToF传感器增长趋势图

此外,3D机器视觉系统在航空航天、国防、消费电子、医疗保健以及工业4.0等领域的应用越来越广,也为ToF传感器的市场增长提供了重大机遇。

3D ToF开启未来AR之路,iPhone12 Pro和华为Mate40为何都选它?

图:2017年~2025年按地区细分的ToF传感器市场预测

报告还特别指出,由于快速的工业化和增长,预计在预测期内,亚太地区的ToF传感器市场将以最高的复合年增长率增长。相信作为手机销量和制造大国的中国市场,正是这个风潮的引领者,苹果新5G手机iPhone12 Pro和华为Mate40 Pro的预定火爆,正是新技术推广的最佳时机。

ToF技术的走向如何?海外和中国主要ToF传感器厂商推出了哪些新品方案?ToF技术落地还存在哪些挑战?兆易创新传感器事业部ToF市场总监刘浩雷、艾迈斯应用工程师经理李铭豪,还有英飞凌都带来了最新的ToF传感器市场前瞻和技术方案。

ToF技术走向和应用热点

TOF 是Time of flight 的简写,直译为飞行时间的意思。所谓飞行时间法 3D 成像,是通过给目标连续发送光脉冲,然后用传感器接收从物体返回的光,通过探测光脉冲的飞行(往返)时间来得到目标物距离。

ToF技术在发展过程中演化为两种不同的分支,分别为间接式indirect ToF (iToF)和直接式direct ToF (dToF),主要的区别是对飞行时间测量方式的不同。

兆易创新传感器事业部ToF市场总监刘浩雷对记者表示:“iToF和dToF本身是技术特点,一段时间内iToF和dToF会并行。以手机为例,iToF的分辨率比较高,但其在近距离(10米以内)精度相对较高,适合短距离的应用,适合前摄,人脸解锁和支付。dToF的优点适用于距离、测量精度在工作范围内相对固定。它适合远距离场景。dToF分辨率需要提升,工艺、产业链成熟度、成本都有很大的提升空间。”

“ToF在手机设备和消费领域上都已经逐渐普及,目前的技术主要在基于iToF(相位式-飞行时间)而非基于光原子实际飞行时间的计算。iPad Pro,iPhone 12 Pro和iPhone 12 Pro Max都相继采用了3D dToF功能,而且都放置在后置摄像头。这主要是后置所要面对的世界更辽阔且距离也更远。在远距离应用中,dToF的性能较iToF有特有的优势例如多面反射干扰,全程同精准度等。在智能应用场景如河图下,dToF就能让应用带来更好的用户体验和稳定性。” 艾迈斯传感器负责人分析说。

他还指出,dToF的技术比iToF的技术有较好的精准度,高帧率和更小的功耗。目前dToF整个产业链对于所有领域都是比较新颖的产品,而其供应链目前还不完整。这将为整个传感器行业带来新的商机,尤其是关键的系统整合能力算法商和接收芯片(单光子雪崩二极管,SPAD)供应商。由于dToF功能已经推出,短时间内整合dToF供应链将会是一个极大的挑战。

“ToF有很多种应用。比如智能手机需求增长,刺激了ToF传感器需求,3D ToF在智能手机上给用户提供拍摄和图像品质上的提升,未来不仅如此,在AR的人机交互体验上,3D ToF有更多的发展空间。AR将会是之后推动3D ToF的重要一环。又比如门禁系统,这是非常大的应用。扫地机器人,这方面有很多应用。” 艾迈斯应用工程师经理李铭豪对记者表示。最新消息,小米最新推出的米家扫拖机器人1T支持的VSLAM+TOF成为其他厂商关注的焦点,VSLAM+TOF技术的密切配合,极大提升扫地机器人的定位精准性。

三家厂商ToF技术方案各有侧重

AMS的dToF方案

ams作为目前业内唯一拥有3D传感三种主流全技术(结构光、双目立体视觉和飞行时间ToF)的传感器厂商,在一年前推出了全球体积最小的dToF模块。

ams推出的TMF8xxx系列,主打两款为成熟的TMF8701和2019年底发布的升级版TMF8801,基于ams专有的单光子雪崩二极管(SPAD)像素设计和具有极窄脉宽的时间-数字转换器 (TDC),可实时测量光子的直接飞行时间,实现快速精准确定物体的距离。

TMF8701有两种工作模式:0-10cm 接近/远离检测,可用于启动显示屏传感器和关闭人脸识别系统;10-60cm准确距离测量,可用于触发更高功耗的人脸识别系统。TMF8701能够以低功率运行,在以10Hz频率采样时,接近传感模块耗能仅为940µA,非常适合保持常开,作为智能手机脸部识别系统的唤醒器件。相形之下,TMF8801的提升主要在于工作距离的扩展,可远至2.5m。

3D ToF开启未来AR之路,iPhone12 Pro和华为Mate40为何都选它?

在苹果将dToF用于辅助自动对焦、不同光照下物体精准探测、用于提升AR/VR应用体验之前,在智能手机中,1D ToF主要用于前置3D传感面部识别系统。实测数据显示,集成1D ToF的3D识别系统,1次解锁流程可节能超70%。更需留意的是,未集成1D ToF的3D识别系统有效工作距离更窄,由正常的20-60cm缩减为25-40cm,用户体验不好。

兆易创新的ToF方案

2019年,兆易创新通过并购思立微成功进入传感器领域,进一步开拓业务领域。在目前较火热的3D ToF技术方面,兆易创新推出了第一颗锗硅工艺的ToF芯片GSLT9001(VGA分辨率)。兆易创新传感器事业部ToF市场总监刘浩雷对记者表示,该ToF芯片采用锗硅工艺,可以支持1350nm和1550nm长波段以及940波段,而1350nm和1550nm波段在户外的性能出色。

3D ToF开启未来AR之路,iPhone12 Pro和华为Mate40为何都选它?

兆易创新的ToF解决方案采用了特殊工艺,有更高的QE(光电转换率),可以有效降低功耗和系统成本,并且能够同时支持1350nm-1550nm长波段和940nm波段,在户外具有非常出色的性能,符合未来屏下方向需求。另外,由于它的波长更长,使得能量更弱,对于人眼的安全性也更有保障。

英飞凌携手pmd推出超长测量距离的3D图像感传感器

近期,英飞凌和pmd发布了一种基于飞行时间技术的全新3D深度传感器。这款命名为REAL3的ToF传感器可以集成到小型化的摄像头模块中,并在短距离和长距离精确测量AR的深度。它同时能够满足低功耗要求,可帮助成像仪节省40%以上的功耗。

3D ToF开启未来AR之路,iPhone12 Pro和华为Mate40为何都选它?

REAL3 ToF传感器拥有灵活的可配置性,可在各种距离、光源条件和使用情況下展现出色的相机效能,同时延长移动装置的电池使用寿命。新型传感器提供了诸如实时增强现实、远距扫描、小物体重建、快速低功耗自动对焦和图像分割等技术,适用于各种应用。该芯片预计2021年第二季度量产。

英飞凌资深副总裁 Philipp von Schierstaedt 表示:“英飞凌和pmd technologies最新推出的 3D图像传感器可实现新一代应用。其目标是打造最具沉浸式且智慧的AR体验,以及在低光源条件下通过加快自动对焦速度,或运用图像分割技术(picture segmentation)拍出更漂亮的夜间人像照,以提升拍照效果。此新款芯片的开发,实现了以最低功耗达到前所未有的10米测量距离,为图像传感器、驱动器和处理能力提升立下了新的标杆。”

小结

智能性,可靠性,低功耗,低成本和高集成度是将ToF技术集成到消费电子产品(例如计算机,电视,游戏机,相机,便携式摄像机和智能手机)中的驱动力。对这些设备的需求不断增长,创造了对ToF传感器的需求,这反过来又将推动ToF技术的进一步发展。

艾迈斯、兆易创新、TI、英飞凌、三星、索尼纷纷推出3D ToF传感器产品,相信未来随着智能手机、平板电脑、扫地机器人大规模使用ToF传感器后,会给消费者带来更好的产品体验。

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