在日前舉行的2021年世界移動(dòng)通信大會(huì)上，艾邁斯半導(dǎo)體攜手虹軟科技聯(lián)合展示了集即時(shí)定位、SLAM和3D圖像處理為一體的3D視覺(jué)傳感最新解決方案，這讓制造商能夠快速且更簡(jiǎn)單地在移動(dòng)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)AR功能。

該方案基于艾邁斯半導(dǎo)體在3D光學(xué)傳感器技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新成果，名為VoyagerTwo的高性能/低功耗的全新dToF解決方案使得艾邁斯成為目前業(yè)內(nèi)唯一的可提供完整的dToF系統(tǒng)解決方案（接收器、發(fā)射器、軟件和算法的供應(yīng)商）。

知識(shí)普及：dToF與iToF

ToF (Time-of-Flight)是一種利用光飛行時(shí)間的技術(shù)，ToF和結(jié)構(gòu)光、雙目立體視覺(jué)是近年來(lái)三種主流的3D成像方式。

ToF的成像原理是向場(chǎng)景中發(fā)射近紅外光，利用光的飛行時(shí)間信息，測(cè)量場(chǎng)景中物體的距離。相比較另外兩種3D成像方式，ToF技術(shù)的深度信息計(jì)算量小，抗干擾性強(qiáng)，測(cè)量范圍遠(yuǎn)。上述優(yōu)勢(shì)推動(dòng)了ToF在機(jī)器人、交互以及其他工業(yè)領(lǐng)域的3D成像應(yīng)用，尤其是在移動(dòng)端，已有多品牌手機(jī)，比如華為、OPPO、蘋果，將其用于手機(jī)后置攝像與AR應(yīng)用。

根據(jù)具體采用的實(shí)現(xiàn)方法不同，ToF 技術(shù)出現(xiàn)了兩個(gè)分支，即dToF與iToF。

dToF的全稱是direct Time-of-Flight，核心組件包含VCSEL、單光子雪崩二極管SPAD和時(shí)間數(shù)字轉(zhuǎn)換器TDC。dToF模組的VCSEL向場(chǎng)景中發(fā)射光脈沖，SPAD接收從目標(biāo)物體反射回來(lái)的光脈沖。

iToF的概念和dToF相對(duì)應(yīng)，全稱是indirect Time-of-Flight，即向場(chǎng)景中發(fā)射調(diào)制后的紅外光信號(hào)，再由傳感器接收?qǐng)鼍爸写郎y(cè)物體反射回來(lái)的光信號(hào)，根據(jù)曝光（積分）時(shí)間內(nèi)的累計(jì)電荷計(jì)算發(fā)射信號(hào)和接收信號(hào)之間的相位差，從而獲取目標(biāo)物體的深度。

因?yàn)樵砗蛯?shí)現(xiàn)方式不同，dToF與iToF技術(shù)分別具有不同的優(yōu)缺點(diǎn)。

以當(dāng)前ToF行業(yè)現(xiàn)狀來(lái)看，iToF在芯片的工藝和產(chǎn)業(yè)鏈雖然已經(jīng)趨于成熟，但達(dá)到的效果并不是很完美，從而導(dǎo)致其應(yīng)用受阻。而dToF技術(shù)在激光功耗、抗干擾、遠(yuǎn)距離精度等方面有著明確的優(yōu)勢(shì)，是遠(yuǎn)距離應(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)。但是在工藝和生產(chǎn)鏈中均離成熟尚遠(yuǎn)，所以仍需較長(zhǎng)時(shí)間的打磨。

艾邁斯半導(dǎo)體大中華區(qū)應(yīng)用市場(chǎng)總監(jiān)Bing Xu博士表示，相比于iToF，dToF的成本較高且開發(fā)難度大，但是其抗干擾能力強(qiáng)，并且測(cè)量距離較大，在有效降低成本和開發(fā)難的前提下，dToF必將受到用戶的歡迎。

隨著高端消費(fèi)電子領(lǐng)域?qū)ToF的持續(xù)關(guān)注，以及其工藝和產(chǎn)業(yè)鏈的成熟，dToF的技術(shù)優(yōu)勢(shì)也會(huì)逐步釋放，相信dToF技術(shù)將進(jìn)入快速迭代的發(fā)展階段，隨之占據(jù)一定的市場(chǎng)空間。

VoyagerTwo：大幅降低dToF技術(shù)應(yīng)用門檻

作為光學(xué)傳感器解決方案領(lǐng)域的領(lǐng)先企業(yè)，艾邁斯半導(dǎo)體在3D傳感、光學(xué)傳感、屏下傳感、圖像傳感和光譜傳感領(lǐng)域都積累了大量的核心專利技術(shù)，具備了包括發(fā)射器、感測(cè)器、光學(xué)器件和集成電路及算法在內(nèi)的完整光學(xué)傳感解決方案必備產(chǎn)品鏈條，為其在dToF技術(shù)領(lǐng)域的創(chuàng)新打下了深厚基礎(chǔ)。

憑借著其獨(dú)有的在各個(gè)構(gòu)件模塊的差異化技術(shù)，艾邁斯半導(dǎo)體自主研發(fā)了完整的3D dToF解決方案- VoyagerTwo，為電子設(shè)備應(yīng)用3D影像處理技術(shù)掃除了其面臨的一系列技術(shù)挑戰(zhàn)，可以在最短的時(shí)間內(nèi)推出最先進(jìn)的采用3D技術(shù)的電子設(shè)備，使制造商在開發(fā)令人興奮的移動(dòng)新應(yīng)用的同時(shí)可以提供更優(yōu)化的AR用戶體驗(yàn)。

艾邁斯半導(dǎo)體資深市場(chǎng)經(jīng)理Sarah Cheng介紹，最新的dToF解決方案是一套完整的技術(shù)堆棧，包含了VCSEL陣列、點(diǎn)陣光學(xué)系統(tǒng)和我們通常說(shuō)的高靈敏度單光子雪崩光電二極管，也就是SPAD傳感器，保證了遠(yuǎn)距離下在戶外的最佳性能；其點(diǎn)陣光學(xué)系統(tǒng)確保了整套方案的低功耗；嵌入式處理的靈活架構(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。

優(yōu)勢(shì)主要體現(xiàn)在：第一，它在所有光強(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；第二，它具有一流的高環(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，也就是說(shuō)它可以在室外強(qiáng)光的環(huán)境下仍然保持非常好的精度和性能；最后它針對(duì)移動(dòng)設(shè)備優(yōu)化了最低的平均功耗，針對(duì)如房間掃描的距離，比如說(shuō)典型的3米的距離內(nèi)，在高幀率下，也就是通常我們說(shuō)的大約30幀/秒的運(yùn)行情況下可以達(dá)到最低的平均功耗。

據(jù)了解，即將發(fā)布的VoyagerTwo dToF系統(tǒng)將會(huì)有1200個(gè)深度點(diǎn)，在室內(nèi)達(dá)到10米以上的距離，而室外強(qiáng)光下也可以達(dá)到5米的距離。幀率最高可達(dá)100幀/秒，而在30幀/秒的正常或特定環(huán)境下我們可以將功耗控制在300mW以下，這對(duì)手機(jī)平臺(tái)來(lái)說(shuō)就非常的友好。

Sarah Cheng詳細(xì)解釋說(shuō)，VoyagerTwo解決方案的獨(dú)特性不僅在于它是一套完整的系統(tǒng)，而且基于特有的激光架構(gòu)和獨(dú)特VCSEL技術(shù)，為整套系統(tǒng)的高性能奠定了基礎(chǔ)。

細(xì)觀整套系統(tǒng)，首先它是基于艾邁斯半導(dǎo)體自有IP的一個(gè)點(diǎn)陣發(fā)射器，這確保了系統(tǒng)的低功耗。

其次艾邁斯半導(dǎo)體自主研發(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，保證了遠(yuǎn)距離、高精度的同時(shí)，也降低了EMI輻射。

最后艾邁斯半導(dǎo)體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)。

據(jù)悉，VoyagerTwo dToF解決方案將于今年年底開始供貨。

成熟的dToF解決方案將助推AR等創(chuàng)新應(yīng)用

由于成熟的dToF解決方案將兼顧高距離精度、高環(huán)境光抗擾性、準(zhǔn)確的深度圖像輸出等高性能，因此可在便攜消費(fèi)電子設(shè)備商實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)、3D環(huán)境和物體掃描、自動(dòng)對(duì)焦、圖片增強(qiáng)等高價(jià)值的應(yīng)用體驗(yàn)。

據(jù)Bing Xu博士介紹，艾邁斯半導(dǎo)體在與虹軟科技合作推出的解決方案里，將3D光學(xué)傳感解決方案和的先進(jìn)中間件與軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)即時(shí)定位與地圖構(gòu)建（SLAM）和3D圖像處理，這讓制造商能夠快速且更簡(jiǎn)單地在移動(dòng)設(shè)備中實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)（AR）功能。除了AR，高性能、低功耗的dToF傳感系統(tǒng)還支持其他有價(jià)值的應(yīng)用，包括3D環(huán)境和物體掃描、攝像頭圖像增強(qiáng)，以及在黑暗條件下提供攝像頭自動(dòng)對(duì)焦輔助。

Bing Xu博士表示，除了3D之外，成熟的dToF解決方案還將在健康醫(yī)療、車載成像和工業(yè)領(lǐng)域得到更為廣泛的應(yīng)用。

VoyagerTwo dToF解決方案將率先在消費(fèi)電子領(lǐng)域推廣應(yīng)用，進(jìn)而拓展到車載成像和工業(yè)領(lǐng)域，只要采用合理的封裝技術(shù)，這一方案就可以適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。