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盘点3D感测供应商 华为/小米/OPPO在拼速度

2018-05-16 11:25
来源: 芯智讯

为什么都选择3D结构光技术?

目前,可以应用在智能手机端的3D感测技术主要有有“飞行时间”(Time of Flight)和“结构光”(Structured Light)两大类。

盘点3D感测供应商 华为/小米/OPPO在拼速度

飞行时间与结构光技术原理

所谓飞行时间技术,就是传感器发出经调制的近红外光,遇物体后反射,随后传感器通过计算光线发射和反射时间差或相位差来换算被拍摄景物的距离,以产生深度信息;此外再结合传统的相机拍摄,从而将物体的三维轮廓以不同颜色代表不同距离的地形图方式呈现出来。此前被联想和谷歌极为重视的Project Tango手机使用的就是 ToF 技术。

“结构光”(Structured Light),就是将近红外激光器发出的光栅或线光源等投射到被测物上,再由近红外摄像头采集返回的信号,根据物体产生的光信号的变化来计算出被测物的三维信息。这其中近红外激光发射器和近红外摄像头之间的距离则为三角测距的基线。

由于两种技术都是采用的红外光,所以即使在夜间也能够使用。

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从上面这张对比图上我们可以看到,TOF技术具有响应时间更快,低光下表现良好,强光下表现尚可,深度信息精确度高、识别距离远等优势,但是其也有着分辨率底、成本高、功耗高的劣势。

而结构光优势则在于低光下表现良好,分辨率更高,成本、功耗适中,主要缺点是易受阳光影响,识别距离短,相应时间稍慢的缺点。

但是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。

因为通过智能手机的前置3D系统来进行面部识别这种应用场景本身识别的距离就很近,所以不存在需要支持更远的识别距离的问题。另外结构光相比TOF技术,短距离的精度更高,也更适合用在手机前置摄像头上。而且其分辨率、相应时间已经足以应对手机端面部识别的需求(采用TOF技术的Project Tango手机是后置3D系统,其作用也不是主要用于面部识别/解锁)。

另外,就两种技术所产生的深度图来看,TOF深度图会存在多重反射产生的噪音、边缘精细度过低、时域滤波导致滞后等问题。而结构光的深度图则只有边界线清晰度略低的问题。

最后,由于是用在智能手机这样的消费类移动设备上,所以成本、功耗也都是需要考虑的因素。

所以总的来说,如果是手机前置3D面部识别系统,结构光技术相比TOF技术更具优势。这也是为何苹果、OPPO、华为、小米等厂商都选择3D结构光技术的主要原因。

3D结构光模组的关键器件

3D结构光模组当中的结构光发射器(即iPhone X上的Dot projector)是整个模组当中最为核心的关键器件。

而结构光发射器当中又包含了光学衍射元件(DOE)、准直镜头(WLO)和VCSEL(Vertical Cavity Surface Emitting Laser,垂直共振腔表面放射激光)等关键元器件。

准直镜头(WLO)是利用光的折射原理,将波瓣较宽的衍射图案校准汇聚为窄波瓣的近似平行光。光学衍射元件(DOE)是利用光的衍射原理,将点光源转换为散斑图案。

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结构光发射器原理就是VCSEL发出940nm点激光之后,通过WLO准直镜头校准为线性激光,然后线性激光照射在DOE上发生衍射,形成近千个具备调制信息的光斑。这其中VCSEL可以说是最为核心的关键器件。iPhoneX中就使用了三颗VCSEL芯片。

目前,具有VCSEL芯片设计能力的公司,全球只有少数几家,例如Lumentum、Finisar、Princeton Optronics(已被ams艾迈斯半导体收购)、Heptagon、ⅡⅥ等公司,并且大都是从光通信芯片领域,转型到消费电子市场的。

根据资料显示,目前Lumentum是iPhone X的VCSEL芯片的主要供应商,而Finisar是第二大供应商,艾迈斯半导体则是第三家供应商。

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