全新dToF解决方案将加速AR等3D视觉应用普及

全新dToF解决方案将加速AR等3D视觉应用普及

在近日举行的2021世界移动大会上，艾迈斯半导体和虹软联合展示了集实时定位、SLAM和3D图像处理于一体的最新3D视觉传感解决方案，使制造商能够快速、轻松地在移动设备中实现AR功能。

该解决方案基于艾迈斯半导体在3D光学传感器技术领域的创新成果。 全新的高性能/低功耗 dToF 解决方案使艾迈斯半导体成为业内唯一一家能够提供完整 dToF 系统解决方案的公司（接收发射机、发射机、软件和算法的供应商）。

知识普及：dToF和iToF

ToF（Time-of-）是一种利用光的飞行时间的技术。 ToF、结构光、双目立体视觉是近年来主流的三种3D成像方法。

ToF的成像原理是将近红外光发射到场景中，利用光的飞行时间信息来测量场景中物体的距离。 与其他两种3D成像方法相比，ToF技术具有深度信息计算量小、抗干扰性强、测量范围远等优点。 上述优势推动了ToF在机器人、交互等工业领域尤其是移动端的3D成像应用。 华为、OPPO、苹果等众多品牌手机都将其用于手机后置摄像头和AR应用。

根据具体采用的实现方法不同，ToF技术有两个分支，即dToF和iToF。

dToF的全称是Time-of-，核心部件包括VCSEL、单光子雪崩二极管SPAD和时间数字转换器TDC。 dToF模块的VCSEL向场景中发射光脉冲，SPAD接收从目标物体反射的光脉冲。

iToF的概念与dToF相对应，它的全称是Time-of-，即向场景中发射调制的红外光信号，然后传感器在场景中接收从被测物体反射回来的光信号。场景，并根据曝光（积分）时间累积的电荷计算发射信号与接收信号之间的相位差，从而获得目标物体的深度。

由于原理和实现方法不同，dToF和iToF技术分别具有不同的优点和缺点。

从ToF产业现状来看，虽然iToF芯片的工艺和产业链已经成熟，但取得的成果并不完善，这阻碍了其应用。 dToF技术在激光功耗、抗干扰、长距离精度等方面具有明显优势，是长距离应用的关键技术。 但工艺和生产链还远未成熟，还需要较长时间的打磨。

艾迈斯半导体大中华区应用市场总监徐冰博士表示，相比iToF，dToF成本更高，开发难度更大，但其强大的抗干扰能力和大的测量距离有效降低了成本和开发难度。 在此前提下，dToF一定会受到用户的欢迎。

随着高端消费电子领域对dToF的持续关注，且其技术和产业链日趋成熟，dToF的技术优势将逐渐释放。 相信dToF技术将进入快速迭代发展阶段，并占据一定的市场空间。

：大幅降低dToF技术应用门槛

作为光学传感器解决方案领域的领先公司，艾迈斯半导体在3D传感、光学传感、屏下传感、图像传感和光谱传感（包括发射器）领域积累了大量核心专利技术。 、传感器、光学器件、集成电路和算法，光学传感解决方案所需的完整产品链，为其在dToF技术领域的创新奠定了坚实的基础。

凭借各组件模块中独特的差异化技术，艾迈斯半导体自主研发了完整的3D dToF解决方案——消除了3D图像处理技术在电子设备中应用所面临的一系列技术挑战，可用于推出最先进的电子设备在尽可能短的时间内使用 3D 技术使制造商能够提供更优化的 AR 用户体验，同时开发令人兴奋的新移动应用程序。

艾迈斯半导体高级营销经理 Sarah Cheng 表示，最新的 dToF 解决方案是一个完整的技术堆栈，包括 VCSEL 阵列、点阵光学系统以及我们通常所说的高灵敏度单光子雪崩光电二极管，也称为SPAD 传感器。 ，确保户外长距离最佳性能； 其点阵光学系统保证了整个方案的低功耗； 嵌入式处理的灵活架构和完全校准的深度图像输出可以最大限度地减少手机制造商的集成工作量。

优点主要体现在：一是在全光强条件下（强光、弱光、室内、室外、较复杂的环境光等）可以实现更远的距离检测范围和恒定分辨率更高的检测范围（恒定）距离检测精度； 其次，它具有一流的高环境光抗扰度，其峰值功率比目前市场上现有的3D ToF解决方案高出20倍以上，这意味着它在户外使用时仍然保持非常好的精度和性能强光环境下； 最后，它优化了移动设备的最低平均功耗，例如房间扫描距离，例如在高帧率下的典型距离为3米。 也就是说，我们通常说的平均功耗在30帧/秒左右运行时可以达到最低。

据了解，即将发布的dToF系统将拥有1200个深度点，在室内达到10多米的距离，在室外强光下的距离达到5米。 帧率最高可达100帧/秒，并且在30帧/秒的正常或特定环境下，我们可以将功耗控制在300mW以下，这对手机平台非常友好。

Sarah Cheng详细解释道，该解决方案的独特之处不仅在于它是一个完整的系统，而且基于独特的激光器架构和独特的VCSEL技术，这为整个系统的高性能奠定了基础。

仔细看看整个系统，首先它是一个基于ams自有IP的点阵发射器，保证了系统的低功耗。

其次，艾迈斯半导体自主研发生产的高功率VCSEL技术为整个系统提供了极高的峰值功率能力，大大提高了系统的环境光抗扰度。 该系统配备的VCSEL驱动系统针对超短脉冲进行了优化，保证长距离和高精度的同时也减少了EMI辐射。

最后，艾迈斯半导体利用其独特的封装设计来优化整个系统的传热性能。 它还在 dToF 系统级别集成了人眼安全功能，提高了最终平台的人眼安全级别。

据悉，dToF解决方案将于今年年底上市。

成熟的dToF解决方案将推动AR等创新应用

由于成熟的dToF解决方案会兼顾高距离精度、高环境光抗扰度和精确深度图像输出等高性能，因此可以在便携式消费电子设备中实现增强现实、3D环境和物体扫描、自动对焦和图片处理制造商。 提升高价值应用体验。

据徐冰博士介绍，艾迈斯半导体与虹软科技合作推出的解决方案将3D光学传感解决方案与先进的中间件和软件相结合，实现实时定位与建图（SLAM）和3D图像处理。 ，这使得制造商能够快速、更轻松地在移动设备中实现增强现实 (AR) 功能。 除了 AR 之外，高性能、低功耗 dToF 传感系统还支持其他有价值的应用，包括 3D 环境和物体扫描、相机图像增强以及黑暗条件下的相机自动对焦辅助。

徐冰博士表示，除了3D之外，成熟的dToF解决方案还将更广泛地应用于医疗保健、车辆成像和工业领域。

dToF解决方案将首先在消费电子领域推广应用，随后扩展到汽车成像和工业领域。 只要采用合理的封装技术，该方案就可以应用于恶劣的工业环境。