在世界移动通信大会(MWC)期间，全球领先的高性能传感器解决方案供应商ams AG和领先的计算机视觉成像软件制造商ArcSoft展示了3D传感系统领域的Android移动设备3D直接飞行时间(dToF)传感解决方案。会后，艾姆斯半导体召开了一次在线会议，详细讲解了该产品。

在文章的开头，我先向大家介绍一下艾姆斯半导体。Aimes半导体主要为消费者、通信、工业、医疗和汽车市场的客户提供包括传感器解决方案、传感器IC、接口和相关软件在内的产品。总部设在奥地利，与欧司朗整合后，拥有近3万名员工和近5500名工程师。在欧洲、北美和亚洲大约有30个设计和R&D中心，已经获得授权并申请了15000多项专利。2020年营业收入42亿美元。

艾姆斯半导体作为所有半导体行业公司中唯一能够提供传感、照明和可视化全平台解决方案的公司，以其创新能力而闻名。这次带来的基于VCSEL技术的全新3D dToF解决方案，支持实时定位和地图构建(SLAM)以及实时3D图像处理能力，增强真实感(AR)能力。

什么是dToF？dToF有何优势？

目前市场上常见的3D深度方案主要有双目、飞行时间和结构光，各有利弊。其中，ToF技术(飞行时间)翻译成中文的飞行时间。与双目和结构光方案相比，ToF的精度取决于其脉冲持续时间，并且其精度不会随着距离的增加而显著降低。因此，ToF技术在不同距离的误差比双目技术和结构光技术更稳定，在远距离也有更好的精度。

ToF技术可分为间接飞行时间测量和直接飞行时间测量，其中间接飞行时间测量通过发射特定频率的调制光并检测反射调制光和发射调制光之间的相位差来测量飞行时间。目前iToF分为传统iToF和SPAD。iToF使用相位测量距离，所以距离越远，测量精度越低。虽然iToF在芯片技术和产业链上已经成熟，但是效果并不完美。

DToF直接向被测物体发射光脉冲，然后测量反射光脉冲和发射光脉冲之间的时间间隔，从而得到光的飞行时间，从而得到被测物体的深度。与iToF相比，在激光功耗、抗干扰、远距离精度等方面具有明显优势。但是dToF在工艺和生产链上还远未成熟，所以还需要很长时间打磨。

dToF的未来应用场景如何？

3D产品线高级营销经理Sarah Cheng表示：“3D技术具有结构简单、探测距离更长、精度更高、稳定性更好的优势，使得3D摄像头在手机背后的应用场景更加多样化。ToF镜头的虚拟现实功能将在网上虚拟购物、虚拟游戏等体验中发挥良好的作用。”

莎拉程(Sarah Cheng)介绍说，在有用距离和环境光范围内提供高精度、低噪声和高可靠性的深度信息是沉浸式增强现实的基础。在室内外环境光条件下，距离可达3-5米以上。在这样的距离范围内，特别是室外强光条件下，只有dToF能满足这样的要求。

在技术上，iToF受到真实场景中复杂漫反射甚至镜面反射存在的限制，会使测量值变大，严重影响三维重建的效果。另外，iToF经常使用泛光投影，这在原理上很难调和长距离和高精度的矛盾。

由于dToF直接测量飞行时间，所以其误差在正常工作范围内不随距离变化，受多种因素干扰较小。DTOF在精度、距离、功耗、抗干扰能力等关键参数上优于iToF，在长距离、复杂环境应用中具有优势。

郑莎拉说，ams dToF系统可以覆盖的范围比市场上现有的iToF系统更广。在三维渲染过程中，渲染速度比iToF更快，覆盖面更广。在三维重建过程中，对于整个系统的运行时间和算法的运行时间都有很大的优势。其次，对于平面来说，它的性能远远好于iToF，也就是当它的特征管理相对较少的时候。

DToF可以在三维渲染过程中提供更高质量的深度图，从而实现更精细的三维网格细节。同时，DTOF可以用高质量的深度图扫描表面，准确还原物体的形状，并可以输出瞬间深度，为高质量的场景重建奠定基础，成为AR应用中的一项重大关键创新技术。

除了用于智能手机市场，3D还广泛应用于工业和汽车领域。大中华区应用营销总监徐炳博士说：“dToF最大的优点是测量精度不随距离变化，车辆基本都是在100米甚至200-300米以外使用，所以dToF技术非常适合车辆。除了安全之外，我要说，安全不仅限于我们目前所知的安全摄像头。安全包括各种与安全相关的，比如说，包括在我们的路上，在路上。上车后可以对车进行实时监控，比如交通监控，电子消费领域。比如我们刷脸。现在基本都是用iToF或者结构光来刷脸。

案，我觉得dToF也是大有一展身手的空间。太多了，还有智慧居家等等，你回到家里面它马上就能感知到有人进到这里面来，比如你家里冬天冷了夏天热了需要开空调，家里可能有三四个人，就根据这三四个人的分布来调节灯光，来调节空调室内的温度，等等等等，太多太多了。”

艾迈斯半导体在dToF技术上有哪些优势？

据了解，在ams集团的产品平台里面有着全套的各种各样的光源产品，从光源发射器再到光学组件和微模组。3D dToF的方案实际上也就是从一个发射器光学器件、模组和一些算法和感测器综合结合的一个组成。ams在3D传感领域有着非常深入的学术研究和丰富的量产经验。针对3D系统的解决方案，包括光学器件、VCSEL等零部件，到模组封装以及系统集成，包括集中涉及的各种算法及软件，都成为ams提供差异化解决方案的重要基石。

ams凭借着其独有的在各个构件模块的差异化技术，从光学器件到VCSEL再到自主封装和独到的人眼安全集成加上自主系统设计以及中间件和算法，推出ams自主研发的完整的3D dToF解决方案。

ams dToF解决方案是一套完整的技术堆栈，包含了高功率红外垂直腔面发射激光器（VCSEL）阵列、点阵光学系统和高灵敏度单光子雪崩光电二极管（SPAD）传感器；ArcSoft中间件针对艾迈斯半导体光学传感器系统的特点进行了优化，并结合RGB摄像头的输出，将深度图转换为精确的场景重建。ArcSoft软件还将3D图像输出与移动设备的显示屏相结合，提供更身临其境的增强现实体验。

整个系统分为两个模组，一个是高功耗的照明模组，而另外一个是SPAD 3D 摄像模组，手机厂商设计整个系统的时候，有更多的灵活性在主板上去做零部件的排位和设计，这样它们的灵活性会更高。

ams dToF的解决方案在差异化上的优势主要体现在：第一，它在所有光强条件下（强光，弱光，室内，室外，较复杂的环境光等），在恒定分辨率下可实现较大的距离检测范围和较高的（不变的）距离检测精度。第二，它具有一流的高环境光抗扰性，其峰值功率比目前市面上提供的3D ToF解决方案高出20多倍，它可以在室外强光的环境下仍然保持非常好的精度和性能。最后，它针对移动设备优化了最低的平均功耗，比如说像房间典型的3米扫描距离内，在大约30帧/秒的运行情况下可以达到最低平均功耗。

作为市面上现有的唯一一个dToF全套系统供应商，ams其完整的3D dToF技术堆栈可以最大限度地降低手机厂商集成的复杂度和工作量，同时达到系统最优化。艾迈斯半导体传感、模块和解决方案业务线高级副总裁Lukas Steinmann表示：“我们预见，从2022年开始，高端Android移动设备将会更大范围地采用3D dToF技术来改善后置AR用例和图像增强功能。ams很荣幸能与ArcSoft合作，在这个市场上占据领导地位。通过结合双方互补的一流技术，我们将共同为高端移动平台用户提供更优化的AR用户体验。”

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