目前，3D深度方案主要包括雙目、ToF飛行時(shí)間（Time of Flight）和結(jié)構(gòu)光三大技術(shù)方向。ToF技術(shù)有兩大路線: dToF(直接飛行時(shí)間，direct-ToF)和iToF(間接飛行時(shí)間，indirect-ToF)。dToF直接測(cè)量飛行時(shí)間，原理是通過(guò)直接向測(cè)量物體發(fā)射光脈沖，并測(cè)量反射光脈沖和發(fā)射光脈沖之間的時(shí)間間隔，得到光的飛行時(shí)間，從而直接計(jì)算待測(cè)物體的深度。iToF則是通過(guò)發(fā)射特定頻率的調(diào)制光，檢測(cè)反射調(diào)制光和發(fā)射的調(diào)制光之間的相位差，測(cè)量飛行時(shí)間。雖然之前不少安卓旗艦智能手機(jī)已經(jīng)搭載了ToF 3D攝像頭，但是基本都是基于iToF技術(shù)，比如華為Mate30、vivo NEX等機(jī)型，很少有dToF應(yīng)用的機(jī)型，但隨著iPhone12和iPad Pro浴霸雙攝率先搭載了dToF激光雷達(dá)之后，dToF技術(shù)再一次引起來(lái)廠商的關(guān)注。

當(dāng)前ToF行業(yè)現(xiàn)狀來(lái)看，iToF在芯片工藝和產(chǎn)業(yè)鏈?zhǔn)请m然已趨于成熟，但效果并不完美，因?yàn)槠渚葧?huì)受測(cè)量距離影響，距離限制在5米以內(nèi)，從而導(dǎo)致其應(yīng)用體驗(yàn)不佳。dToF技術(shù)在激光功耗、抗干擾、遠(yuǎn)距離精度等方面有著明顯優(yōu)勢(shì)，是遠(yuǎn)距離應(yīng)用的絕佳候選。但在工藝和生產(chǎn)鏈中均離成熟尚遠(yuǎn)，同時(shí)也面臨著一系列挑戰(zhàn)，它需要在芯片設(shè)計(jì)、系統(tǒng)設(shè)計(jì)、制造工藝等方面全面突破，才能真正發(fā)揮潛能，實(shí)現(xiàn)在消費(fèi)場(chǎng)景的普及。也正因?yàn)榇耍两袢怎r有安卓手機(jī)廠商可以在其手機(jī)平臺(tái)上加載3D dToF技術(shù)。如今這一技術(shù)難題有了新的突破。

近日艾邁斯半導(dǎo)體（ams）憑借在各個(gè)構(gòu)件模塊的差異化技術(shù)，并聯(lián)手計(jì)算機(jī)視覺(jué)成像軟件廠商虹軟科技（ArcSoft），推出了自主設(shè)計(jì)的完整3D dToF解決方案。為手機(jī)廠商掃除其面臨的一系列技術(shù)挑戰(zhàn)，可以在最短的時(shí)間內(nèi)推出搭載3D技術(shù)的手機(jī)。來(lái)自ams的3D感知資深市場(chǎng)經(jīng)理Sarah Cheng為我們介紹了這款3D dToF解決方案是如何為安卓手機(jī)廠商帶來(lái)全新的3D體驗(yàn)。

ams dToF解決方案是一套完整的技術(shù)堆棧，包含VCSEL陣列、點(diǎn)陣光學(xué)系統(tǒng)和SPAD傳感器，這保證了遠(yuǎn)距離下在戶外的最佳性能，而其點(diǎn)陣光學(xué)系統(tǒng)確保了整套方案的低功耗效果；靈活的嵌入式處理架構(gòu)和完全校準(zhǔn)的深度圖像輸出可以最大減少手機(jī)廠商的集成工作量。

ams dToF解決方案亮點(diǎn)體現(xiàn)在：

1.在所有光強(qiáng)條件下（強(qiáng)光，弱光，室內(nèi)，室外，較復(fù)雜的環(huán)境光等），在恒定分辨率下可實(shí)現(xiàn)較大的距離檢測(cè)范圍和較高的（不變的）距離檢測(cè)精度。

2.具有一流的高環(huán)境光抗擾性，其峰值功率比目前市面上提供的3D ToF解決方案高出20多倍，可以在室外強(qiáng)光的環(huán)境下仍然保持非常好的精度和性能。

Sarah介紹，整個(gè)系統(tǒng)分為兩個(gè)模組：高功耗的照明模組和SPAD 3D 攝像模組。“把兩個(gè)模組分開(kāi)的好處是，當(dāng)手機(jī)廠商設(shè)計(jì)整個(gè)系統(tǒng)的時(shí)候，他們?cè)谥靼迳先プ隽悴考盼缓驮O(shè)計(jì)的時(shí)候，靈活性會(huì)更高。”

ams dToF系統(tǒng)比市面上已有的iToF系統(tǒng)可覆蓋的范圍更廣

iToF和dToF對(duì)于細(xì)節(jié)的處理方面的表現(xiàn)：dToF明顯在墻角方面的過(guò)渡包括3D網(wǎng)格渲染精度優(yōu)于iToF，iToF可能就會(huì)有一些誤差，其誤差將會(huì)比較高一點(diǎn)。

VCSEL技術(shù)賦予dToF更強(qiáng)的深度圖像處理能力

ams dToF解決方案的獨(dú)特性不僅在于它是一套完整的系統(tǒng)，而且ams特有的激光架構(gòu)和獨(dú)特的VCSEL技術(shù)，也為整套系統(tǒng)的高性能奠定了基礎(chǔ)。細(xì)觀整套系統(tǒng)，它基于ams自有IP的一個(gè)點(diǎn)陣發(fā)射器，這確保了系統(tǒng)的高功耗。其次ams自主研發(fā)生產(chǎn)的大功率VCSEL技術(shù)為整套系統(tǒng)提供了極高的峰值功率的能力，大大提高了系統(tǒng)的環(huán)境光抗擾性。而系統(tǒng)搭載的VCSEL驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)針對(duì)超短脈沖的優(yōu)化，連續(xù)保證了遠(yuǎn)距離、高精度的同時(shí)，也降低了EMI輻射。最后ams利用其特有的封裝設(shè)計(jì)使整套系統(tǒng)的傳熱性能達(dá)到最優(yōu)化，同時(shí)也在dToF系統(tǒng)層面集成了人眼安全特性，增加了最終平臺(tái)的人眼安全等級(jí)。

ToF：手機(jī)圈的下一個(gè)風(fēng)口

如今伴隨著疫情的影響，人們消費(fèi)及生活方式加速向線上轉(zhuǎn)變，ToF鏡頭主打的虛擬現(xiàn)實(shí)功能將在線上虛擬購(gòu)物、虛擬游戲等體驗(yàn)方面起到良好作用。日益增長(zhǎng)的線上需求將會(huì)進(jìn)一步激發(fā)，未來(lái)會(huì)有更多內(nèi)容廠商加速推動(dòng)AR/VR的發(fā)展。而3D ToF技術(shù)也因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、探測(cè)距離更遠(yuǎn)、精度更高更穩(wěn)定等特性，使手機(jī)后置3D相機(jī)的應(yīng)用場(chǎng)景更加多元化，也極大改善了其在特定極端應(yīng)用場(chǎng)景，比如在低光環(huán)境下的快速自動(dòng)對(duì)焦的亮點(diǎn)是增強(qiáng)用戶拍照體驗(yàn)的重要特性之一。

那么AR對(duì)于3D感知攝像頭的分辨率、功耗、距離有多高的要求？

Sarah表示，后置3D感知應(yīng)用主要分為影響，掃描，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)和自動(dòng)對(duì)焦這四類，從左到右其對(duì)分辨率的要求遞減，同時(shí)也對(duì)低功耗的支持要求增加。以最近最流行的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)AR為例，對(duì)低功耗和遠(yuǎn)距離變成了更加重要的技術(shù)指標(biāo)，而相比較之下對(duì)于分辨率的要求其實(shí)并非那么高。

dToF 將是未來(lái)AR的主力支撐技術(shù)

什么樣的3D技術(shù)才能支持更沉浸式的AR體驗(yàn)？Sarah列舉了三個(gè)技術(shù)指標(biāo)：

1. 高質(zhì)量的深度圖

2. 低功耗操作

3. 穩(wěn)定的幀率

較之，iToF已經(jīng)被大多數(shù)人熟知，而且也已被相當(dāng)一部分手機(jī)采用。但在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)iToF技術(shù)面臨著諸多的挑戰(zhàn)，在復(fù)雜多變的真實(shí)環(huán)境中，會(huì)給深度測(cè)量引入了大量的干擾和噪聲，這也是為什么iToF技術(shù)雖然已有數(shù)十年的時(shí)間，但實(shí)際應(yīng)用卻十分有限。iToF最大的局限是多徑干擾，在真實(shí)場(chǎng)景中存在復(fù)雜的漫反射甚至鏡面反射，而多徑干擾會(huì)使得測(cè)量值變大，嚴(yán)重影響3D重建效果。另外iToF往往采用泛光投射，它和遠(yuǎn)距離和高精度這一對(duì)矛盾在原理上很難調(diào)和。

但是dToF在正常工作范圍，誤差不隨距離而變化，并且收到多徑等因素的干擾較小，在遠(yuǎn)距離、復(fù)雜環(huán)境的應(yīng)用有很大的優(yōu)勢(shì)，此外，在精度、距離、功耗及抗干擾能力等關(guān)鍵參數(shù)上都優(yōu)于iToF，而這些正是像AR這樣的熱門應(yīng)用對(duì)3D視覺(jué)技術(shù)的要求。所以dToF是遠(yuǎn)距離應(yīng)用的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。

四大技術(shù)支柱構(gòu)成三大平臺(tái)核心競(jìng)爭(zhēng)力

ams與歐司朗整合后，實(shí)力不容小覷。此前，ams的業(yè)務(wù)構(gòu)成以消費(fèi)電子為主導(dǎo)，合并后汽車、工業(yè)和醫(yī)療等領(lǐng)域占比均有所上升。ams大中華區(qū)銷售和市場(chǎng)高級(jí)副總裁Pinglu Chen介紹到，傳感、照明、可視化是ams三大核心技術(shù)平臺(tái)。Pinglu：“特別在iToF、AR/VR以及5G帶來(lái)的以云應(yīng)用為基礎(chǔ)的AI演進(jìn)都離不開(kāi)數(shù)據(jù)采集與傳輸，更不開(kāi)傳感器，其中光學(xué)基礎(chǔ)的傳感器是一個(gè)最直接最基本的單元。”

ams在3D傳感領(lǐng)域有著很深的造詣，其自主設(shè)計(jì)生產(chǎn)的VCSEL在光空像上表現(xiàn)優(yōu)于同類產(chǎn)品。光源發(fā)射器、光學(xué)器件+ 微型組件、感測(cè)器、集成電路+ 算法，是ams的核心技術(shù)。就是這四大技術(shù)支柱構(gòu)成了在傳感、光源和可視化領(lǐng)域上的三大技術(shù)平臺(tái)的核心技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)力。此外，ams還具有微型化封裝和獨(dú)到的人眼安全集成工藝，加上自家的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和與平臺(tái)供應(yīng)商的合作，通過(guò)每個(gè)構(gòu)件塊中的差異化產(chǎn)品結(jié)合，也構(gòu)成了ams獨(dú)特的3D系統(tǒng)產(chǎn)品。

下一波移動(dòng)終端創(chuàng)新勢(shì)必將圍繞 AR 進(jìn)行創(chuàng)新，這也必然會(huì)推動(dòng) ToF 產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。隨著高端消費(fèi)電子領(lǐng)域的發(fā)展和延伸，我們也相信dToF技術(shù)將進(jìn)入快速迭代的發(fā)展階段，隨著工藝和產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，無(wú)論是dToF還是iToF，其優(yōu)勢(shì)也會(huì)逐步釋放，有望成為智能手機(jī)攝像頭的下一個(gè)風(fēng)口。