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芯片解密dToF开启深度信息的新未来
   

作用距离的劣势限制结构光的应用,芯片解密ToF技术则弥补了距离上的缺陷,此外,ToF的模组复杂度低,堆叠简单,可以做到非常小巧且坚固耐用,在屏占比不断提高的外观趋势下,更得到手机厂商的青睐。

目前存在两种ToF技术路线:iToF(间接飞行时间,indirect-ToF)和dToF(直接飞行时间,direct-ToF)。iToF间接测量飞行时间,具备低成本、较高分辨率优势,适用于短距离测距。iToF原理为把发射的光调制成一定频率的周期型信号,测量该发射信号与到达被测量物反射回接收端时的相位差,间接计算出飞行时间。由于iToF sensor 的pixel相对较小,可实现相对高图像分辨率。但iToF的问题在于测距精度的限制了最大测距距离,从原理上看,调制频率越高则测距精度越好,高调制频率意味着对应的测距距离不能太大,并且环境光会对电路产生干扰。因此目前iToF主要应用在手机面部识别、手势识别等测距距离较短的场景中。

iToF传感器电路相对简单,难点主要在深度算法,芯片解密安卓阵营自2018年引入iToF并推动其主流化。目前如三星、华为、OPPO、vivo等品牌均有在中高端机型中配臵,除此之外,iToF在物体识别,3D重建以及行为分析等应用场景中能够重现场景中更多的细节信息,因此还被广泛应用于机器人、新零售等领域。

dToF直接测量飞行时间,具备低功耗、抗干扰等优势,适用于对测距精度要求高的较远距离测距场景。dToF原理为向被测物体发射光脉冲,通过对反射和发射光脉冲时间间隔的测量,直接计算待测物体的深度。测距原理使得dToF测量精度不会因距离增大而降低,功耗更低同时对环境光的抗干扰能力更强。

dToF深度算法相对简单,芯片解密难点在于用以实现较高精度的SPAD。dToF要检测光脉冲信号(纳秒甚至皮秒级),因而对光的敏感度要求会很高,因此接收端通常选择SPAD(单光子雪崩二极管)或者APD(雪崩光电二极管)这类传感器来实现,集成度弱于普通的CMOS图像传感器,像素尺寸一般大于10μm,从而分辨率通常较差,成本更高。SPAD是dToF技术的核心,技术难度大且制作工艺复杂,目前世界上极少厂家具备量产能力,集成难度很高难以小型化应用在手机等小型消费电子上,因而除传统热门应用领域车载LiDAR之外,消费电子领域目前仅有苹果一家实现商用(iPadPro首次搭载)。

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