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英飞凌:用TOF开创会“思考”设备的新时代

时间:2019-10-30 作者:邵乐峰 阅读:
英飞凌科技全球副总裁畅谈了ToF 3D成像和传感技术的未来应用趋势、3D传感结构光和ToF之间的竞争等一系列关键问题。
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得益于日益强大的结构光、飞行时间(Time Of Flight, TOF)和双目主动立体视觉等3D成像技术,发丝级抠图、渐进式虚化、AR测量、体感游戏、3D建模等强大的黑科技功能在智能手机中的普及率正在极速提升。

市调机构Yole的预测数据显示,全球3D成像和传感器的市场规模在2017年为18.3亿美元,2022年将超过90亿美元,年复合增长率为38%。其中,消费类电子应用市场增速最快,2016–2022年的年复合增长率高达160%,2022年市场规模将超过60亿美元。

英飞凌科技全球副总裁兼电源管理及多元化事业部射频及传感器业务负责人 Philipp von Schierstädt 日前接受了《电子工程专辑》的独家专访,畅谈了ToF 3D成像和传感技术的未来应用趋势、3D传感结构光和ToF之间的竞争等一系列关键问题。

Philipp von Schierstadt.jpg

Philipp von Schierstädt

现在,手机配备ToF摄像头已经成为一种趋势。您认为ToF 3D技术能够给未来的智能手机带来哪些创新应用呢?在即将到来的5G时代,它又将发挥怎样的作用?

过去几年里,很多设备正变得越来越个人化。我们的智能手机了解我们的日程安排、习惯,通过多摄像头,它们正变得越来越了解我们的世界。而ToF摄像头则通过提供高分辨率3D图像,将这些功能推向一个新阶段。

我们的目标是设定高技术标准,并且在这种特殊情况下,能够随时以3D的方式通过照片和视频展示这个世界。我们热衷于开创会“思考”的设备的新时代。ToF 3D就是其中的一环。不仅如此,3D技术还能使我们展开更多想象——一个无需密码、无需收银员、只需用脸就能实现安全支付和购物的世界,以及智能家用电器,比如可巧妙地帮您清洁房屋的智能吸尘器。

而在5G的助力下,我们将能够更多、更好地进行联网,有望与大量用户和应用进行更快的交互。特别是实时数据传输、快速的视频流、大数据交换和储存所带来的机遇,将能使个人或家用电子设备的3D图像传感功能大大受益。

举例而言,现在如果您将摄像头对准一朵花,由人工智能所驱动的App就会告诉您这朵花的名字。而ToF和5G结合后:3D信息可以提供尺寸信息,从而使App更加准确。5G则能加快其速度。

除了智能手机,还有哪些是ToF 3D成像和传感技术的未来应用趋势?能否请您分享一两个英飞凌ToF技术的典型应用案例?

尽管智能手机绝对是ToF传感器非常吸引人的一个应用,但其实ToF技术已经在游戏机、智能汽车、智能家居、工业领域和虚拟现实眼镜中得到了应用, 而且还有很多潜在的应用。

该技术现已涵盖诸多有助于改善消费者的手机“生活”的关键功能,如增强现实、渐变以及照片美化(如bokeh),因此我们对其深信不疑。此外,它还能用于扫描房间,这对于电子商务而言,十分具有吸引力。

ToF系统由三个模块组成,即光源、传感器和图像处理。为了实现这三个要素的相互作用,英飞凌是如何从系统层面展开思考、进行布局的呢?

多年来,英飞凌和技术开发合作伙伴pmd technologies携手,在相关系统设计层级,对REAL3 ToF产品进行优化。对客户的环境、应用挑战和需求的深入了解,是我们在目标市场得以顺利支持多代设备的关键。

我们与3D摄像头生态系统领域的成熟合作伙伴展开密切合作,从参考设计公司和模块制造商到软件公司和OEM等不一而足。除了采用经过优化的高性能像素设计的图像传感器、软件驱动程序和用于实现出色的3D点云输出的3D深度处理管道,我们的客户还能从专用的参考设计和定制化机会中受益。

尽管现在ToF技术得到了广泛应用,但是反射率、多径干扰(MPI)、准确性以及其它问题依然是该技术所面临的主要问题。对此,英飞凌将如何解决?

英飞凌通过一种成功的方法应对了这些重要的挑战:一方面我们通过开发一系列方法和策略(如通过部署深度管道算法)来检测这些现象,并努力克服(比如,通过专用的智能过滤来处理MPI);另一方面,将重点放在推动产品组合和路线图优化上,以便在目标应用面对的严峻外部条件下,也能独特地运行。

举例来讲,众所周知,强烈的阳光是3D摄像头系统所面临的非常严峻的挑战,因为户外应用受到阳光影响时,可能会增加散粒噪声,降低精度,从而影响距离测量,产生错误的结果。英飞凌ToF传感器则与之相反,它采用专门设计,即使在颇具挑战的光线条件下也能运行:强烈的阳光或具有不同反射指数的材料等干扰将不会影响测量的可重复性和质量。这要归功于传感器采用的专有SBI(背景干扰抑制)电路,这是一种像素内电路技术,旨在克服各种光照条件所带来的影响。

总而言之,不论是在阳光明媚的海滩上,阳光直射摄像头,还是夜晚在家里昏暗的灯光下看电视,英飞凌ToF传感器都能实现智能手机的人脸身份验证。

您如何看待3D传感结构光和ToF之间的竞争?它们分别适用于哪些应用?

ToF传感器要优于结构光和立体成像。这是因为:首先,ToF只有两个部件,结构光和立体成像则有3到4个。此外,ToF无需基线,这确保了其小巧的外形,无需基线校准,同时还提高了耐用性。无需基线校准意味着生产成本更低。最后,ToF还无需使用复杂的图像识别算法。这节省了大量功耗,同时还能提供更好的结果。总而言之:与其它3D技术相比,ToF技术更小巧、更便宜、更耐用。

目前有许多公司涉足ToF技术领域,英飞凌的突出竞争优势是什么?表现在哪里?

尽管多家公司都宣布展开ToF技术活动,但只有极少数提出了满足客户对于性能和良率期望的可行解决方案。原因在于这离不开具有深厚的ToF像素、ToF成像仪以及ToF系统的专业知识。

英飞凌和pmd technologies将双方的专业知识互相融合,可谓业内独有。我们引领市场多年,现在正在开发第五代ToF成像仪。另一个独特功能就是上述专有SBI(背景干扰抑制)功能,它可提供出色的户外性能。
在LG G8中,我们开发并展示了所有功能:面部识别、利用手势“超越触屏”与手机交互,它甚至能看到手部静脉纹路。静脉纹路与指纹一样,是独一无二的,可用于手机解锁、授权付款等,它是当前最安全的身份认证。

未来ToF感应技术的主要趋势是什么?

我们预测在5年内,大多数智能手机都将配备一到两个3D摄像头。3D人脸认证将成为安全移动支付的事实标准。而逼真的增强现实技术将把手机游戏推向新阶段。

不仅如此,ToF技术还将在智能工厂和智能家居中得到应用,比如家用电器中,需要用到清晰障碍物图像的扫地机。此外,该技术还能用于建筑物,乃至您的私人住宅的门禁系统。

本文为EET电子工程专辑 原创文章,禁止转载。请尊重知识产权,违者本司保留追究责任的权利。
邵乐峰
ASPENCORE 中国区首席分析师。
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