在日前舉行的2021年世界移動通信大會上，艾邁斯半導體攜手虹軟科技聯(lián)合展示了集即時定位、SLAM和3D圖像處理為一體的3D視覺傳感最新解決方案，這讓制造商能夠快速且更簡單地在移動設備中實現(xiàn)AR功能。
該方案基于艾邁斯半導體在3D光學傳感器技術領域的創(chuàng)新成果，名為VoyagerTwo的高性能/低功耗的全新dToF解決方案使得艾邁斯成為目前業(yè)內唯一的可提供完整的dToF系統(tǒng)解決方案（接收器、發(fā)射器、軟件和算法的供應商）。
知識普及：dToF與iToF
ToF (Time-of-Flight)是一種利用光飛行時間的技術，ToF和結構光、雙目立體視覺是近年來三種主流的3D成像方式。
ToF的成像原理是向場景中發(fā)射近紅外光，利用光的飛行時間信息，測量場景中物體的距離。相比較另外兩種3D成像方式，ToF技術的深度信息計算量小，抗干擾性強，測量范圍遠。上述優(yōu)勢推動了ToF在機器人、交互以及其他工業(yè)領域的3D成像應用，尤其是在移動端，已有多品牌手機，比如華為、OPPO、蘋果，將其用于手機后置攝像與AR應用。
根據具體采用的實現(xiàn)方法不同，ToF 技術出現(xiàn)了兩個分支，即dToF與iToF。
dToF的全稱是direct Time-of-Flight，核心組件包含VCSEL、單光子雪崩二極管SPAD和時間數字轉換器TDC。dToF模組的VCSEL向場景中發(fā)射光脈沖，SPAD接收從目標物體反射回來的光脈沖。
iToF的概念和dToF相對應，全稱是indirect Time-of-Flight，即向場景中發(fā)射調制后的紅外光信號，再由傳感器接收場景中待測物體反射回來的光信號，根據曝光（積分）時間內的累計電荷計算發(fā)射信號和接收信號之間的相位差，從而獲取目標物體的深度。
因為原理和實現(xiàn)方式不同，dToF與iToF技術分別具有不同的優(yōu)缺點。
以當前ToF行業(yè)現(xiàn)狀來看，iToF在芯片的工藝和產業(yè)鏈雖然已經趨于成熟，但達到的效果并不是很完美，從而導致其應用受阻。而dToF技術在激光功耗、抗干擾、遠距離精度等方面有著明確的優(yōu)勢，是遠距離應用的關鍵技術。但是在工藝和生產鏈中均離成熟尚遠，所以仍需較長時間的打磨。
艾邁斯半導體大中華區(qū)應用市場總監(jiān)Bing Xu博士表示，相比于iToF，dToF的成本較高且開發(fā)難度大，但是其抗干擾能力強，并且測量距離較大，在有效降低成本和開發(fā)難的前提下，dToF必將受到用戶的歡迎。
隨著高端消費電子領域對dToF的持續(xù)關注，以及其工藝和產業(yè)鏈的成熟，dToF的技術優(yōu)勢也會逐步釋放，相信dToF技術將進入快速迭代的發(fā)展階段，隨之占據一定的市場空間。
VoyagerTwo：大幅降低dToF技術應用門檻
作為光學傳感器解決方案領域的領先企業(yè)，艾邁斯半導體在3D傳感、光學傳感、屏下傳感、圖像傳感和光譜傳感領域都積累了大量的核心專利技術，具備了包括發(fā)射器、感測器、光學器件和集成電路及算法在內的完整光學傳感解決方案必備產品鏈條，為其在dToF技術領域的創(chuàng)新打下了深厚基礎。
憑借著其獨有的在各個構件模塊的差異化技術，艾邁斯半導體自主研發(fā)了完整的3D dToF解決方案- VoyagerTwo，為電子設備應用3D影像處理技術掃除了其面臨的一系列技術挑戰(zhàn)，可以在最短的時間內推出最先進的采用3D技術的電子設備，使制造商在開發(fā)令人興奮的移動新應用的同時可以提供更優(yōu)化的AR用戶體驗。
艾邁斯半導體資深市場經理Sarah Cheng介紹，最新的dToF解決方案是一套完整的技術堆棧，包含了VCSEL陣列、點陣光學系統(tǒng)和我們通常說的高靈敏度單光子雪崩光電二極管，也就是SPAD傳感器，保證了遠距離下在戶外的最佳性能；其點陣光學系統(tǒng)確保了整套方案的低功耗；嵌入式處理的靈活架構和完全校準的深度圖像輸出可以最大減少手機廠商的集成工作量。
優(yōu)勢主要體現(xiàn)在：第一，它在所有光強條件下（強光，弱光，室內，室外，較復雜的環(huán)境光等），在恒定分辨率下可實現(xiàn)較大的距離檢測范圍和較高的（不變的）距離檢測精度；第二，它具有一流的高環(huán)境光抗擾性，其峰值功率比目前市面上提供的3D ToF解決方案高出20多倍，也就是說它可以在室外強光的環(huán)境下仍然保持非常好的精度和性能；最后它針對移動設備優(yōu)化了最低的平均功耗，針對如房間掃描的距離，比如說典型的3米的距離內，在高幀率下，也就是通常我們說的大約30幀/秒的運行情況下可以達到最低的平均功耗。
據了解，即將發(fā)布的VoyagerTwo dToF系統(tǒng)將會有1200個深度點，在室內達到10米以上的距離，而室外強光下也可以達到5米的距離。幀率最高可達100幀/秒，而在30幀/秒的正?；蛱囟ōh(huán)境下我們可以將功耗控制在300mW以下，這對手機平臺來說就非常的友好。
Sarah Cheng詳細解釋說，VoyagerTwo解決方案的獨特性不僅在于它是一套完整的系統(tǒng)，而且基于特有的激光架構和獨特VCSEL技術，為整套系統(tǒng)的高性能奠定了基礎。
細觀整套系統(tǒng)，首先它是基于艾邁斯半導體自有IP的一個點陣發(fā)射器，這確保了系統(tǒng)的低功耗。
其次艾邁斯半導體自主研發(fā)生產的大功率VCSEL技術為整套系統(tǒng)提供了極高的峰值功率的能力，大大提高了系統(tǒng)的環(huán)境光抗擾性。而系統(tǒng)搭載的VCSEL驅動系統(tǒng)針對超短脈沖的優(yōu)化，保證了遠距離、高精度的同時，也降低了EMI輻射。
最后艾邁斯半導體利用其特有的封裝設計使整套系統(tǒng)的傳熱性能達到最優(yōu)化，同時也在dToF系統(tǒng)層面集成了人眼安全特性，增加了最終平臺的人眼安全等級。
據悉，VoyagerTwo dToF解決方案將于今年年底開始供貨。
成熟的dToF解決方案將助推AR等創(chuàng)新應用
由于成熟的dToF解決方案將兼顧高距離精度、高環(huán)境光抗擾性、準確的深度圖像輸出等高性能，因此可在便攜消費電子設備商實現(xiàn)增強現(xiàn)實、3D環(huán)境和物體掃描、自動對焦、圖片增強等高價值的應用體驗。
據Bing Xu博士介紹，艾邁斯半導體在與虹軟科技合作推出的解決方案里，將3D光學傳感解決方案和的先進中間件與軟件來實現(xiàn)即時定位與地圖構建（SLAM）和3D圖像處理，這讓制造商能夠快速且更簡單地在移動設備中實現(xiàn)增強現(xiàn)實（AR）功能。除了AR，高性能、低功耗的dToF傳感系統(tǒng)還支持其他有價值的應用，包括3D環(huán)境和物體掃描、攝像頭圖像增強，以及在黑暗條件下提供攝像頭自動對焦輔助。
Bing Xu博士表示，除了3D之外，成熟的dToF解決方案還將在健康醫(yī)療、車載成像和工業(yè)領域得到更為廣泛的應用。
VoyagerTwo dToF解決方案將率先在消費電子領域推廣應用，進而拓展到車載成像和工業(yè)領域，只要采用合理的封裝技術，這一方案就可以適用于惡劣的工業(yè)環(huán)境。