中国信通院的最新报告显示，以3D摄像头为代表的新型光学传感器件崭露头角，目前智能手机主流的3D成像技术有结构光、ToF（飞行时间）和双目测距三种。3D传感摄像头呈现三大趋势：第一、除摄像头外，还配备结构光发射端、结构光接收端或时差测距/距离传感器；第二、可以一定程度进行活体判断，防止被攻击破解；第三、苹果、华为、OPPO发布的新机型开始逐步配备3D摄像头。

据行业预计，2019年使用TOF 3D传感器技术的智能手机出货量将达到2000万台。2019年，3D摄像头的旗舰手机更加流行起来，以华为P30 Pro为例，这款手机搭载3颗主镜头，外加1颗为时差测距的（TOF）侦测景深范围的镜头，主流手机厂商三星、华为、OPPO和vivo都在旗舰机型上配备ToF技术的3D感测方案。

笔者了解到，vivo NEX双屏版的3D人脸识别和ToF 3D超感应技术，就是ADI和Vivo共同合作的成果，ADI如何看待ToF技术在3D感测方案的优势？其ToF方案的优势是什么？落地应用中3D ToF方案最有可能在哪些场景起量？ADI系统应用工程经理李佳接受了<电子发烧友>记者的采访。

ToF技术与其他感测技术三大优势

“这种技术跟3D激光传感器原理基本类似，只不过3D激光传感器是逐点扫描，而ToF相机则是同时得到整幅图像的深度信息。”ADI系统应用工程经理李佳指出，“简单来说，通俗点解释就是ToF发射器发射出了一整面平整的‘光墙’，这面光墙打到被测物体表面反射回来，并带回来了深度信息。”ToF发射器向物体发射激光，再由一个接收器接收反射回来的激光，根据激光往返的时间长短和其固定的飞行速度，计算出物体表面上的这个点与ToF相机之间距离。

图：ADI系统应用工程经理李佳

李佳表示，相比3D深度视觉其它两种方案而言，ToF方案在实际应用中的优势显著。

图：3D视觉主流方案对比

例如：在画面拍摄后计算景深时不需要进行后处理，既可避免延迟又可节省采用强大后处理系统带来的相关成本；ToF测距规模弹性大，大多数情况下只需改变光源强度、光学视野以及发射器脉冲频率即可完成；由于具有不易受外界光干扰、体积小巧、响应速度快以及识别精度高等多重优势，使得ToF无论是在移动端还是车载等应用领域日渐成为3D视觉的首选技术方案。

消费级市场+工业市场，ToF技术3D感测方案市场前景看好

拓墣产业研究院指出，2019年全球智能手机3D感测市场年成长率预估为26.3%，规模为38.9亿美元。由于苹果、华为智能手机采用TOF技术，2020年整个市场将加速发展，年成长率达53.1%。

除消费市场之外，3D感测于工业自动化的应用一样颇具潜力，从传统产业到电子产业，缺工问题已带动机器手臂快速发展，3D视觉作为机器手臂之眼，可凭借专业能力辅助动作更协调，具有绝对优势。

在ADI看来， ToF在自动化工厂的应用包括机器人的自主避障领域可以发挥重要作用， ADI对于ToF技术提供了从硬件芯片到依附于硬件芯片上的算法等多种灵活的方案，其ToF电子围栏方案能设立虚拟安全防护墙，借ToF信号处理器ADDI9033搭配红外光感测组件，采用具有 ToF 测距技术的组件，可应用于工业自动化中安全防护的 Virtual Wall （虚拟围栏）方案。利用ToF的深度数据，ADI的方案还可以有效地增加影像的辨识度，达到对象判断的精准度，提供以往机器所没有的机器视觉，避免了激光雷达与双摄像头方案的缺陷。

图：ADI 公司的ToF 电子围栏这项安全防护方案可应用在众多机器手臂的场合

李佳分享了ADI所研发的突破性ToF技术方案，从工业自动化、智能建筑到汽车应用等，全面推进智慧物联网创新的应用开发。“ADI公司的ToF技术之所以受到瞩目，是因为这项技术能达到VGA影像分辨率与精准度，同时又具备更低的功耗与占位空间，深度数据能有效增加影像识别度，达到对象判断的精准度。”

汽车应用中，目前市场上的倒车雷达只能感应是否有障碍物，甚至一些“身材”矮小的障碍物达不到感应范围的要求。采用了 ToF技术的倒车系统可同时侦测多个不同距离的行人或障碍物，当检测到有行人或者障碍物靠近，就算是视线死角车顶的树枝，透过软件处理后，能以影像显影或声音警示距离，进一步辅助驾驶得知车后相关路况。

ADI公司所开发的ToF模块结合影像传感器和VGA ToF传感器模块与内建图像处理器方案，比传统音波检测具备更佳的检测角度，也更能准确测量物体跟汽车的距离。此外，由于ADI把ToF加上2D RGB影像传感器可做到重迭实际影像，换句话说，就是比传统音波检测具备更佳的检测角度，也更能准确测量物体跟汽车的距离。这对汽车倒车系统、开门防护系统、停车辅助系统及盲点侦测，提供更大范围的碰撞侦测预防。

另外，ADI 针对车内检测系统打造的 ToF 技术方案，拥有业界领先的灵敏度、环境光耐受能力以及业界最高的分辨率，这些性能使得 ADI ToF 方案可支持宽视场角应用需求，为车内驾驶员监控和手势识别设备具有更出色的灵敏度、更高的集成度、更为丰富的功能和更低的能耗。

CCD ToF 前端芯片ADDI903x，突出系统级ToF方案优势

每一款解决方案都有它核心的器件，ADI的ToF方案也不例外，其CCD ToF 前端芯片ADDI903x系列就是其ToF方案的核心器件之一，该系列产品可支持CCD红外光ToF传感器，分辨率可达 640x480。ADDI903x可将影像信号转换为数字信号，并提供高精确度的脉波时间控制器，闭回路设计，让激光二极管控制的脉波宽度更准确，进而可以得到更精准的深度数据。

图：ADI公司CCD ToF 前端芯片ADDI903x提供的功能

以传感器和前端芯片ADDI903x 为核心的ToF技术方案，拥有超高帧率和实时性，相比3D激光传感器的逐点扫描，能快速而又准确的获取整体图像的深度信息。在其它3D技术中，距离的计算要通过复杂算法进行，而ToF图像传感器芯片可直接测量到对象的距离。另外，该方案在户外性能方面非常出色，可支持940 nm光源，并且每个像素都有独特的背景照明抑制电路。即使有两倍的照明峰值功率，该方案也能提供未被干扰的深度数据。

图：ADI公司ToF方案的完整系统组成。

这款系统级别的ToF解决方案与CMOS解决方案相比，在同样的尺寸或同样的成本，ToF可提供更高的系统性能。比如高解析度，在光线复杂的环境中，可以更好的区分主体与背景，同时，得力于松下针对940nm发光波段而设计的CCD架构，可以更精确的捕捉运动环境中的画面。

李佳以Vivo NEX双屏版的ToF方案为例，指出这款手机的零光感3D人脸识别就是vivo与ADI 合作开发的ToF 3D超感应技术，使 NEX 双屏版实现了突破性的 ToF 零光人脸识别，实现 24 小时全天候轻松解锁。

作为 NEX 双屏版 ToF 3D 超感应技术的合作伙伴，ADI 的 ToF 技术可感应30万个有效深度信息点——是 3D 结构光技术的10倍，而且 ToF 模组的baseline（基线）近乎为零，比结构光技术的25mm有大幅提升。

国内领先的TOF深度传感解决方案提供商Pico Zense的TOF深度传感模组利用的就是ADI公司的ToF方案，其主打产品DCAM710的深度图像分辨率均可达到640 x 480，画面每秒传输帧数30FPS，该产品尺寸小、功耗经济、成像清晰度、精度均达到VGA标准，可以广泛适用于智能机器人、 AR/VR、 微投影、无人机等领域。据李佳透露，未来ADI将与更多的公司合作，让ToF 技术更快、更精准的落实在物联网模块化系统级软硬件解决方案上。

ST目前TOF的方案占有率最高， 凭借超高的性价比较优势， 获得苹果 华为 小米等等大客户订单，

ST）宣布推出新一代飞行时间测距（ToF）传感器：VL53L1，瞄准智能手机以外的“基本手势开关”、“用户检测/存在检测和测距应用控制”、“测距、防撞和沿边控制”，以及“ 对焦辅助装置与情境理解”四大新兴市场；期望通过新产品进一步提升该公司旗下ToF传感器市占率，巩固市场优势。

意法半导体图像产品事业部技术营销经理林国志表示，目前ToF传感器仍是以手机相机的自动对焦辅助为应用大宗，然而，在手机市场已趋饱和的情况下，该公司也开始布局其他的应用领域，如非接触式开关、PC隐私保护之检测、室内机器人（如扫地机器人）无人机防撞，以及便携式投影仪的对焦辅助装置等。

特别是PC/NB之用户检测，更是意法半导体今年与2020的重点市场。 林国志指出，隐私保护愈来愈受到消费者重视，而现在的PC或NB，都需过一段时间后才会进入屏幕保护状态（如设定离开五分钟后）。 因此，意法半导体希望通过导入ToF传感器，使PC或NB一旦感应到用户离开后，便直接进入屏幕保护，而用户本人回到计算机前后，再立刻开启，以强化个人隐私。

另一方面，除了上述所提的新兴市场外，智能手机未来仍会是ToF传感器主要发展重点。 林国志说明，目前ToF传感器多用在智能手机的相机自动对焦辅助装置中（前镜头或后镜头），不过随着智能手机拍照功能逐渐提升，ToF传感器也持续提升性能，满足新的创新使用情境。 像是多区扫描+多物侦测、双镜头深度映像辅助，以及闪光灯功率和物体距离适配等。

而针对手机市场正热的Face ID，意法半导体是否也有跨入此一领域的打算？ 对此，林国志表示，由于Face ID所需的像素较高（达数百万），而ToF传感器的像素无法达到这么高的等级（目前普遍是十万），否则尺寸会过大。 因此，要发展Face ID，仍须采用结构光系统（Structure light system），搭配全局曝光（Global shutter）图像传感器、近红外图像传感器等，才可能实现Face ID功能，而意法半导体未来也会有相关的产品研发规划。

另外，除了Face ID之外，生物特征识别应用也逐渐兴起。

下面介绍的是ST最流行的VL53L1X的型号：

The VL53L1X is a state-of-the-art, Time-of-Flight (ToF), laser-ranging sensor, enhancing the ST FlightSense™ product family. It is the fastest miniature ToF sensor on the market with accurate ranging up to 4 m and fast ranging frequency up to 50 Hz

Housed in a miniature and reflowable package, it integrates a SPAD receiving array, a 940 nm invisible Class1 laser emitter, physical infrared filters, and optics to achieve the best ranging performance in various ambient lighting conditions with a range of cover window options.
Unlike conventional IR sensors, the VL53L1X uses ST’s latest generation ToF technology which allows absolute distance measurement whatever the target color and reflectance.
It is also possible to program the size of the ROI on the receiving array, allowing the sensor FoV to be reduced.

KEY FEATURES