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后置ToF方案明年将至?苹果和安卓阵营或同步推出

导读: 结构光优势在于方案成熟,相机可以做的比较小,方便小型化,在一定方位内精度高,分辨率更高,成本、功耗适中,主要缺点是易受环境光干扰,识别距离短。

目前可以应用在智能手机端的3D感测技术除了结构光,还有“飞行时间”(Time of Flight)。结构光优势在于方案成熟,相机可以做的比较小,方便小型化,在一定方位内精度高,分辨率更高,成本、功耗适中,主要缺点是易受环境光干扰,识别距离短。ToF技术具有响应时间更快,受环境光干扰小,深度信息精确度高、识别距离远等优势,但是其也有成本高、功耗高、精度低等劣势。

因其技术特点的不同,两种方案将是各有市场的态势。业内普通认为,如果只是用于智能手机的前置3D感测系统,进行人脸识别/解锁和人脸建模等,结构光技术应该是要比ToF技术更有优势;作为后置感测应用,如 AR、导航和3D扫描建模等,ToF的技术则更有优势。

“对前置来说,从各个技术性能上来说是最适合做前置摄像的。但是后置摄像头需要更加远距离的测量、更高精度的重建,更大范围的检测,其他技术如双目、ToF都有机会。”奥比中光副总裁陈挚说道。

不过,上海炬佑智能科技有限公司CEO刘洋则认为,ToF基本上是后置的唯一选择,因为后置需要做动态3D和远距3D检测,这个只有ToF最适合。ToF方案的主要优势是动态3D感知,监控和成像,特别是能克服和解决现有双色及结构光对色彩识别率,测试距离,模组制成的精确度,模组尺寸和周围环境等的劣势和局限。而且,ToF作为前置并非不可能,随着ToF技术的进一步发展,ToF作为前置也将是必然的,当然前提是需要把芯片尺寸做得更小。

“就2018 手机3D市场而言,前置3D摄像头主要还是以结构光为主,尤其是以苹果结构光为主力;而在安卓市场会有小量旗舰机配置3D前置摄像头;不过真正起量预计是在2019年,会有比较成熟的可以大量生产的方案在市面上推行。” 台湾伊赛尔首席分析师王上谕分析道,“除了结构光方案外,还有就是ToF方案,挟带着低成本优势,如果ToF可以解决目前分辨率较低,模组较大的困境的话,他的低价优势可以说在安卓市场上更具爆发式的成长。预测苹果在2019会在产品中设置一个后置3D相机,安卓阵营应该在2019或2020年也会相应推出后置3D方案。”

刘洋对此表示认同:“随着产业链的努力,我们也预期ToF会很快在安卓手机上应用起来,不会与苹果有多大时间差距。目前我们也与多家业界领先的手机公司在做紧密沟通,期待在产品的小型化和性能上满足手机的需求,特别是手机的后置上。量产方案预计在明年。”

据了解,目前炬佑除了开发了包括100*100,240*100,240*200,320*240分辨率的系列ToF传感芯片,并将推出VGA和百万像素产品,同时还开发了智能3D控制芯片和智能发光发射芯片。智能3D控制芯片是集成了基本深度处理和多项动态感知算法,并有自适应学习的人工智能架构等高度算法等;智能发光芯片则包括高效发光驱动,发光控制和发光保护,及与ToF传感器和控制芯片有机结合的控制系统。该公司同时也布局了模组,平台,算法及应用的开发,与多家国内外业界领先企业有紧密合作。

目前国内自主开发ToF传感器的产家不多,特别是可以出样和量产的应该还没有。刘洋指出,国内厂商开发ToF传感芯片的难点和挑战主要在于工艺的调控开发、专利的约束、系统整合等。具体来说,在工艺调控中需要对工艺做细致的工艺参数的调节,并不能直接利用现有的工艺;专利方面,大多数相关专利已经被现有厂商控制,很难绕过;系统整合方面,需要整合光学,模组,系统和算法等多个领域的资源,并且需要与相关行业和企业紧密合作。

而在手机端应用,更是重点面临着两大挑战:尺寸和功耗。从技术方面看,刘洋认为:“除了要解决像素尺寸和功耗过大问题,还有系统动态控制和模组矫正方法优化等技术难点。具体而言,系统动态控制就是动态控制传感,信号处理和发光部分。模组矫正方法优化是模组精度矫正的算法优化,采取优化算法使模组矫正的精度和效率更高。”

另外就硬件成本而言,后置ToF时间光3D摄像头由于在硬件方面比结构光方面简单,因此成本略低,预计2018年成本约为10美元,预计到2020年硬件成本将变为6美元左右。有内人人士指出,ToF成本问题个中关键就是在光子探测阵列上,如主流技术所采用的SPAD(Single-Photon Avalanche Diode)阵列。不过炬佑科技另辟蹊径,“我们ToF模组的结构是脉冲式的,与传统的相位和SPAD相比具有低功耗,高性能,性价比高和易于动态控制等诸多优势。”刘洋表示,虽具体价格和尺寸并未透露,不过预计可以做到10美元以内,尺寸会在10mm2以内。

结语

智能手机经过过去几年的性能竞赛,在硬件方面的比拼已经趋向同质化,难以再博取更多的目光,从而导致智能手机的销量增速也逐年放缓甚至停滞。接下来手机厂商想要在市场中抢占更大的市场份额,必将押注于功能性创新技术。苹果作为智能手机行业一直以来的风向标,历次搭载了突破性创新功能的机型都成为了其他手机厂商模仿的对象,可以预见3D摄像头必将成为下一代智能手机标配,同时在电视、VR/AR、机器人、无人驾驶等多个领域也将有广大应用空间。

目前在3D视觉产业链上布局的国内公司在快速增加,无论是有一定实力的成熟企业还是有自己技术特性的初创型企业,都在积极进行技术积累、与上下游企业深度合作,探索3D视觉未来发展可能性。 虽说在领域国外布局的企业很多,巨头也很多,但是目前3D视觉技术的赛场上,比赛刚刚开始,还没有决出胜负,国产3D结构光方案即将上市,相信ToF也会紧随而来,国内市场如此巨大,国内企业因地制宜,或许也能领跑3D市场,充分畅享3D视觉行业爆发的盛宴。

作者:杨碧玲

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