據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，在過(guò)去的一年里，蘋果公司結(jié)合其人工智能（AI）技術(shù)和3D攝像頭設(shè)計(jì)推出了iPhone X，引爆了3D視覺(jué)產(chǎn)業(yè)。飛行時(shí)間（Time-of-Flight）傳感器作為3D視覺(jué)中的重要一員，也越來(lái)越受到客戶的追捧。但是要將ToF傳感器設(shè)計(jì)成一套完整的、滿足客戶應(yīng)用需求、并最終能夠走到量產(chǎn)階段的產(chǎn)品，對(duì)設(shè)計(jì)、制造、封裝以及客戶與供應(yīng)商的配合要求極高。瑞士公司璦鐠瑞思（ESPROS）已經(jīng)實(shí)現(xiàn)3D ToF芯片及模組的量產(chǎn)，為此，ESPROS中國(guó)區(qū)市場(chǎng)銷售總監(jiān)金豐先生出席由麥姆斯咨詢和上海科技會(huì)展有限公司在上?？鐕?guó)采購(gòu)會(huì)展中心主辦的『第二十四屆“微言大義”研討會(huì)：3D視覺(jué)技術(shù)及應(yīng)用』，并在會(huì)議上為觀眾分享了解決3D ToF模組量產(chǎn)問(wèn)題的心得。

ESPROS中國(guó)區(qū)市場(chǎng)銷售總監(jiān)金豐先生發(fā)表題為《量產(chǎn)為王——淺析3D ToF模組量產(chǎn)的難點(diǎn)》的演講

難點(diǎn)一：設(shè)計(jì)階段選擇正確參數(shù)和元器件ToF模組由鏡頭、光源、軟件、ToF圖像傳感器、光源驅(qū)動(dòng)電路、接口、電源、控制器（或FPGA，即現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列）以及其他相關(guān)變量參數(shù)等九部分組成。金豐先生分析了相關(guān)變量參數(shù)對(duì)ToF模組的影響：“比如鏡頭的雜閃光，就很難用軟件處理。又或者量產(chǎn)客戶會(huì)了解到，隨著溫度的上升，整個(gè)ToF系統(tǒng)的靈敏度或者精度會(huì)下降，造成這個(gè)現(xiàn)象的原因可能是包括鏡頭、發(fā)送光源、接收芯片、驅(qū)動(dòng)電路、供電等多因素所造成。所以如果要設(shè)計(jì)可靠的ToF系統(tǒng)，需要對(duì)所有的部分非常熟悉地掌握。因此，在設(shè)計(jì)ToF系統(tǒng)之前，用戶必須對(duì)實(shí)際應(yīng)用場(chǎng)景非常清楚，才能正確地選擇ToF系統(tǒng)設(shè)計(jì)的重要參數(shù)，包括探測(cè)角度、精度、準(zhǔn)度、幀率、接口等?！?/p>

設(shè)計(jì)ToF模組前需要熟悉的九個(gè)主要組成部分

計(jì)算光功耗也很重要，金豐先生談到“您可以選擇很好的LED或者VCSEL，但你同時(shí)也需要考慮成本、體積、功耗、散熱。當(dāng)參數(shù)最終確定并設(shè)計(jì)出樣品之后，ToF模組量產(chǎn)之路才完成了30%?！彪y點(diǎn)二：ToF模組的標(biāo)定和補(bǔ)償設(shè)計(jì)階段完成后，如何對(duì)ToF模組進(jìn)行標(biāo)定和補(bǔ)償是量產(chǎn)前的最大難點(diǎn)，目前能夠?qū)oF傳感器提供標(biāo)定補(bǔ)償整體解決方案原廠非常少，因此也制約了客戶的大批量出貨。金豐先生解釋“電子信號(hào)在芯片里的傳播速度是1cm/ns，然而光的速度是30cm/ns，如果傳感器的所有測(cè)量距離精度要達(dá)到1.5厘米之內(nèi)，芯片的完整信號(hào)處理必須控制在100ps之內(nèi)，這是非常困難的。我們做標(biāo)定和補(bǔ)償，目標(biāo)是通過(guò)軟件降低各種元素對(duì)整個(gè)ToF模組的影響。”不過(guò)，要完全消除外界因素對(duì)ToF模組的影響是非常困難的，現(xiàn)實(shí)和理論的差距來(lái)自兩部分：“第一部分來(lái)自傳感器的設(shè)計(jì)、生產(chǎn)等因素；第二部分，實(shí)際應(yīng)用中也會(huì)面臨一些問(wèn)題，比如說(shuō)光源的發(fā)熱、室外太陽(yáng)光的干擾。我們需要做的是對(duì)每個(gè)模組進(jìn)行標(biāo)定和補(bǔ)償，通過(guò)軟件和算法進(jìn)行優(yōu)化，才能得到非常完美的ToF模組?！苯鹭S解釋道。金豐先生展示了ESPROS完整的標(biāo)定補(bǔ)償方式，“這款更加智能的標(biāo)定套件，大小和鞋盒子相當(dāng)，通過(guò)改變前面的面板就可以實(shí)現(xiàn)不同客戶使用同樣一套標(biāo)定補(bǔ)償系統(tǒng)。ESPROS在芯片設(shè)計(jì)之初，基于這么多年對(duì)ToF傳感器的專業(yè)認(rèn)知，我們內(nèi)置了很多寄存器，能夠?qū)崿F(xiàn)0~15米范圍內(nèi)全部像素以30cm為步進(jìn)的線性標(biāo)定補(bǔ)償，并且在兩個(gè)月之前我們進(jìn)一步開放了升級(jí)版的標(biāo)定和補(bǔ)償系統(tǒng)，并進(jìn)一步開放了芯片的寄存器，能夠?qū)崿F(xiàn)以毫米為步進(jìn)的線性標(biāo)定補(bǔ)償，該類標(biāo)定補(bǔ)償效果對(duì)人臉識(shí)別和3D建模非常有用?！?/p>

ESPROS提供的量產(chǎn)標(biāo)定和補(bǔ)償方案

難點(diǎn)三：數(shù)據(jù)和圖像的改善，以及人眼安全問(wèn)題產(chǎn)品做出來(lái)了，不代表馬上能夠大量出貨，金豐先生分享了曾經(jīng)遇到的典型客戶應(yīng)用問(wèn)題。以拍照為例，好的攝影師和好的攝影設(shè)備缺一不可，另外非常重要的一點(diǎn)就是需要對(duì)照片進(jìn)行“修圖（PS）”。通俗來(lái)講“我們也會(huì)針對(duì)于客戶的不同應(yīng)用，提供不同濾波算法。比如說(shuō)非常簡(jiǎn)單的卡爾曼濾波適合室內(nèi)3D建模，增加濾波后，精度能夠很好的從厘米級(jí)精度改善到毫米級(jí)精度。非常重要的一點(diǎn)是，不同的濾波器一定要對(duì)應(yīng)不同的應(yīng)用，例如高斯濾波、邊界濾波或者平滑濾波均有其獨(dú)特的應(yīng)用場(chǎng)景。我們的最終目的是通過(guò)不同的濾波算法更好地匹配應(yīng)用?！睂?duì)于多機(jī)干擾的問(wèn)題，ESPROS也有相應(yīng)的解決方案，能夠直接在芯片理論層面上為客戶解決。

ESPROS從芯片理論層面上為客戶解決多機(jī)干擾問(wèn)題

在實(shí)際ToF模組的設(shè)計(jì)過(guò)程中，客戶往往希望得到更廣的角度、更高的幀率和更遠(yuǎn)的距離，這會(huì)導(dǎo)致選擇發(fā)射光源時(shí)面臨人眼安全問(wèn)題。金豐先生介紹“我們目前在跟瑞士一所大學(xué)合作，一起研究制定人眼安全標(biāo)準(zhǔn)。因?yàn)門oF模組的應(yīng)用場(chǎng)景非常多，不管是家用掃地機(jī)器人，還是路上的自動(dòng)駕駛汽車，都需要滿足人眼安全，這樣才能夠讓所有基于ToF模組的應(yīng)用不傷害人眼。”靈活的解決方案，滿足3D視覺(jué)產(chǎn)業(yè)鏈不同位置的客戶需求金豐先生談到“ToF產(chǎn)業(yè)鏈涉及最終應(yīng)用客戶，還有模組廠、方案商，也包括如VCSEL和Lens（鏡頭）的合作伙伴。我們經(jīng)過(guò)多年的積累，也希望給產(chǎn)業(yè)鏈的不同客戶提供整體解決方案。”

ESPROS目前量產(chǎn)芯片目錄ESPROS提供多種解決方案，滿足不同的客戶需求

針對(duì)產(chǎn)業(yè)鏈最頂端，或者說(shuō)是終端客戶，不一定都需要從底層芯片開始設(shè)計(jì)ToF模塊，但又有實(shí)際的應(yīng)用需求。金豐先生推薦了幾家方案合作商，如北醒（北京）光子、北京洛倫茲、上海數(shù)跡智能和深圳海伯森。針對(duì)有自己的軟件開發(fā)、接口、處理器，不一定需要整體模塊的客戶，金豐先生在研討會(huì)上向大家推薦了新推出的兩款產(chǎn)品：

（1）epc660模組：體積非常小，具備高精度的標(biāo)定補(bǔ)償，非常適合做人臉識(shí)別和3D建模；

（2）epc635模組：體積只有8.3mm x 11.2mm x4.5mm，搭配VCSEL，最遠(yuǎn)距離室內(nèi)可達(dá)10米以上，適合掃地機(jī)器人、無(wú)人機(jī)等方案商。

如果客戶提出具體的模組定制化需求，金豐先生也有辦法：“我們會(huì)提供整套解決方案，會(huì)推薦客戶從ESPROS開發(fā)套件開始著手。根據(jù)客戶的應(yīng)用需求，我們也會(huì)推薦不同的鏡頭廠商，這樣客戶就可以根據(jù)自己的需求選擇不同的鏡頭來(lái)測(cè)試。我們也會(huì)提供光學(xué)仿真表，包括LED、VCSEL的光源資料和芯片周邊的參考。最重要的一點(diǎn)：我們的目的不是為了去設(shè)計(jì)ToF系統(tǒng)，而是為了讓所有的客戶能夠直接做到量產(chǎn)階段，進(jìn)而使ToF傳感器真正帶領(lǐng)人們?cè)趯?shí)際應(yīng)用中得到更真實(shí)的3D世界感受。”