隨著全面屏手機(jī)的爆發(fā)，智能手機(jī)對(duì)屏占比的要求越來越高，傳統(tǒng)的HOME鍵逐漸轉(zhuǎn)被屏下指紋和人臉識(shí)別技術(shù)所取代。從蘋果2017年率先推出基于3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)的iPhone X開始，目前不少的手機(jī)廠商已經(jīng)陸續(xù)推出了支持3D人臉識(shí)別的旗艦機(jī)型。
而人臉識(shí)別技術(shù)中以3D結(jié)構(gòu)光和ToF為兩個(gè)大熱，并且相比3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)，ToF因受光照影響相對(duì)小、使用距離相對(duì)遠(yuǎn)，越來越受到手機(jī)OEM廠家的青睞，在后攝中的優(yōu)勢(shì)則更為突出。
在近期舉辦的上海慕尼黑電子展上，在激光測(cè)距和攝像頭方面具備領(lǐng)先優(yōu)勢(shì)的半導(dǎo)體供應(yīng)商意法半導(dǎo)體（STMicroelectronics，簡(jiǎn)稱ST）展示了其ToF測(cè)距芯片和照相感應(yīng)器應(yīng)用中的眾多亮點(diǎn)產(chǎn)品。展會(huì)期間，《電子技術(shù)應(yīng)用》記者采訪到了意法半導(dǎo)體影像產(chǎn)品部技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理張程怡先生，針對(duì)ST影像部分的兩大塊產(chǎn)品以及ToF技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行了深入的溝通和討論。
意法半導(dǎo)體影像產(chǎn)品部技術(shù)市場(chǎng)經(jīng)理 張程怡先生
三大系列Flightsense，適應(yīng)各類消費(fèi)應(yīng)用需求
ToF可不是近兩年才有的技術(shù)，ST在ToF領(lǐng)域深耕5年，目前已經(jīng)推出了針對(duì)短、中、長(zhǎng)距離（30cm、1.5m、3m）的三個(gè)版本的ToF測(cè)距傳感器，稱為Flightsense系列，出貨量超過3.5億顆，年均增長(zhǎng)率300%，在手機(jī)后攝的激光對(duì)焦應(yīng)用中幾乎占領(lǐng)全部的市場(chǎng)份額。第三代的VL53L1X實(shí)際最大測(cè)距可以到4m。
Flightsense產(chǎn)品路線圖
除了在手機(jī)攝像頭領(lǐng)域擁有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，ST的Flightsense還在更多的需要測(cè)距的消費(fèi)電子領(lǐng)域有廣泛應(yīng)用。應(yīng)用于平板電腦中，一旦FlightSense器件檢測(cè)到人體離屏幕太近，屏幕就將自動(dòng)熄滅；應(yīng)用于掃地機(jī)器人中，可以實(shí)現(xiàn)沿邊功能，使得它與墻體始終保持一定的距離沿墻直行；應(yīng)用于室內(nèi)跟拍無人機(jī)，實(shí)現(xiàn)定高，使無人機(jī)穩(wěn)定地懸停、迅速地跟拍，并防撞；應(yīng)用在衛(wèi)浴中，可以實(shí)現(xiàn)手勢(shì)開關(guān)；還可以用在冰箱外部顯示屏中，接近即自動(dòng)點(diǎn)亮顯示屏等，只要是用到測(cè)距的領(lǐng)域，F(xiàn)lightsense都可以發(fā)揮其特長(zhǎng)。
ToF近兩年廣受關(guān)注，可以做ToF傳感器的不止ST一家，而ST在ToF領(lǐng)域擁有充足的積淀并持續(xù)發(fā)力，有著其獨(dú)特的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。張程怡先生介紹：“ST的Flightsense優(yōu)勢(shì)在于：尺寸小、符合?級(jí)安規(guī)、數(shù)字輸出、發(fā)射接收集成于一體、準(zhǔn)度高(抗溫度變化、各類室內(nèi)光源、目標(biāo)物顏色干擾)。并且ST的三大系列產(chǎn)品針對(duì)不同測(cè)距需求，可以方便客戶選擇更適合其應(yīng)用中各類測(cè)距需求的產(chǎn)品?！?/p>
在抗干擾方面，由于Flightsense發(fā)出的是940nm的紅外光，是一種不可見光，在生活場(chǎng)景中相同波段的光源含量少，干擾源少；加之ST在接收和計(jì)算能力擁有很強(qiáng)的性能，因此可以實(shí)現(xiàn)高準(zhǔn)確度的測(cè)距。
ST FlightSense 三個(gè)D-IN關(guān)鍵
ToF的基本原理是一發(fā)一收，計(jì)算光束發(fā)送和接收的時(shí)間差，進(jìn)而獲得距離。根據(jù)張程怡先生的介紹，F(xiàn)lightsense的測(cè)距，其打出去的是一個(gè)擁有有效角度的光束，是一個(gè)面光束，相比點(diǎn)光束，在測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體時(shí)，更容易獲得有效反射光。
FOV (視場(chǎng)角) 錐體的有效區(qū)域
在ST 官網(wǎng)上提供了代碼庫(API) 及手冊(cè)，代碼庫(API) 封包，數(shù)字輸出，這些都是開放的，設(shè)計(jì)者很容易上手。以VL53L0CXV0DH/1 為例，需求MCU 資源< 15K。
例: VL53L0CXV0DH/1手冊(cè)第19?（error code)
光學(xué)蓋片(cover glass)對(duì)攝像頭的保護(hù)和成像效果也有著不可或缺的作用，ST提供了光學(xué)蓋片的選用與組立建議，客戶可根據(jù)建議來選擇；同時(shí)也推薦了特定第三方的濾光片標(biāo)品，方便客戶直接上手。
光學(xué)蓋片(cover glass)的選用與組立
下一代Flightsense什么樣？
5年來，ST在ToF領(lǐng)域不斷探索，據(jù)張程怡先生透露，ST將在2020年推出下一款的Flightsense產(chǎn)品，測(cè)距仍然會(huì)在3~4m之間，但是會(huì)在光學(xué)層面加以強(qiáng)化，在面光的有效范圍之內(nèi)做切割，目前的相機(jī)可以做到人臉對(duì)準(zhǔn)，加入該技術(shù)之后可以做到對(duì)準(zhǔn)五官，在景深上會(huì)更加精準(zhǔn)。
隨著3D識(shí)別的興起，結(jié)構(gòu)光和ToF被越來越多地提及，并似乎被放到了兩個(gè)陣營(yíng)里面，張程怡先生認(rèn)為，結(jié)構(gòu)光和ToF不是對(duì)應(yīng)的，在成像上，結(jié)構(gòu)光+ToF才與多攝像頭+ToF是兩個(gè)陣營(yíng)，這樣也不難理解為什么ST要一直在ToF領(lǐng)域深耕了，畢竟ToF也是適應(yīng)未來發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)之一，堅(jiān)持做到極致也不失為一種極佳的策略。
針對(duì)駕駛員監(jiān)測(cè)的影像傳感器
如果說Flightsense系列主要針對(duì)的是消費(fèi)應(yīng)用，那ST的Vx5661和Vx5761影像傳感器則主要是針對(duì)車載駕駛員監(jiān)測(cè)。
這兩款先進(jìn)的圖像傳感器同時(shí)具備高動(dòng)態(tài)范圍(High-Dynamic Range,簡(jiǎn)稱HDR)和全局快門，可以控制攝像機(jī)補(bǔ)光燈拍攝場(chǎng)景影像，避免太陽光、路燈等無法預(yù)測(cè)的外界因素影響畫質(zhì)，強(qiáng)化汽車系統(tǒng)對(duì)駕乘人員的監(jiān)測(cè)能力。其使用波長(zhǎng)接近940nm的近紅外光源，補(bǔ)光時(shí)靈敏度更高，在車載領(lǐng)域可以監(jiān)測(cè)駕駛員的眨眼，持續(xù)關(guān)注眼皮的閉合，評(píng)估駕駛員注意力。
新傳感器嵌入了意法半導(dǎo)體的汽車全局快門技術(shù)，即使在高動(dòng)態(tài)范圍模式下也能大大降低補(bǔ)光功耗。
HDR傳感器表現(xiàn)
獨(dú)特的性能使得ST的影像傳感器特別適合在運(yùn)動(dòng)場(chǎng)景中使用，如：運(yùn)動(dòng)照相機(jī)、農(nóng)耕車等領(lǐng)域。
據(jù)了解，ST將在2020年推出可以感測(cè)環(huán)境光色譜的影像傳感器，進(jìn)一步拓展應(yīng)用領(lǐng)域，在手機(jī)的后置攝像頭中，可以通過感測(cè)環(huán)境光色譜，對(duì)屏幕的顯像亮度進(jìn)行更精準(zhǔn)的調(diào)整，而目前的屏幕自動(dòng)調(diào)光只是識(shí)別光的亮度，還做不到識(shí)別光的成分。
ST展出多光譜相機(jī)的農(nóng)業(yè)應(yīng)用