據(jù)麥姆斯咨詢報道，在過去的一年里，蘋果公司結(jié)合其人工智能（AI）技術(shù)和3D攝像頭設計推出了iPhone X，引爆了3D視覺產(chǎn)業(yè)。飛行時間（Time-of-Flight）傳感器作為3D視覺中的重要一員，也越來越受到客戶的追捧。但是要將ToF傳感器設計成一套完整的、滿足客戶應用需求、并最終能夠走到量產(chǎn)階段的產(chǎn)品，對設計、制造、封裝以及客戶與供應商的配合要求極高。瑞士公司璦鐠瑞思（ESPROS）已經(jīng)實現(xiàn)3D ToF芯片及模組的量產(chǎn)，為此，ESPROS中國區(qū)市場銷售總監(jiān)金豐先生出席由麥姆斯咨詢和上?？萍紩褂邢薰驹谏虾？鐕少彆?a target="_blank">中心主辦的『第二十四屆“微言大義”研討會：3D視覺技術(shù)及應用』，并在會議上為觀眾分享了解決3D ToF模組量產(chǎn)問題的心得。

ESPROS中國區(qū)市場銷售總監(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》的演講

難點一：設計階段選擇正確參數(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)動電路、接口、電源、控制器（或FPGA，即現(xiàn)場可編程門陣列）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)客戶會了解到，隨著溫度的上升，整個ToF系統(tǒng)的靈敏度或者精度會下降，造成這個現(xiàn)象的原因可能是包括鏡頭、發(fā)送光源、接收芯片、驅(qū)動電路、供電等多因素所造成。所以如果要設計可靠的ToF系統(tǒng)，需要對所有的部分非常熟悉地掌握。因此，在設計ToF系統(tǒng)之前，用戶必須對實際應用場景非常清楚，才能正確地選擇ToF系統(tǒng)設計的重要參數(shù)，包括探測角度、精度、準度、幀率、接口等?！?/p>

設計ToF模組前需要熟悉的九個主要組成部分

計算光功耗也很重要，金豐先生談到“您可以選擇很好的LED或者VCSEL，但你同時也需要考慮成本、體積、功耗、散熱。當參數(shù)最終確定并設計出樣品之后，ToF模組量產(chǎn)之路才完成了30%?！彪y點二：ToF模組的標定和補償設計階段完成后，如何對ToF模組進行標定和補償是量產(chǎn)前的最大難點，目前能夠?qū)oF傳感器提供標定補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量距離精度要達到1.5厘米之內(nèi)，芯片的完整信號處理必須控制在100ps之內(nèi)，這是非常困難的。我們做標定和補償，目標是通過軟件降低各種元素對整個ToF模組的影響?！辈贿^，要完全消除外界因素對ToF模組的影響是非常困難的，現(xiàn)實和理論的差距來自兩部分：“第一部分來自傳感器的設計、生產(chǎn)等因素；第二部分，實際應用中也會面臨一些問題，比如說光源的發(fā)熱、室外太陽光的干擾。我們需要做的是對每個模組進行標定和補償，通過軟件和算法進行優(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完整的標定補償方式，“這款更加智能的標定套件，大小和鞋盒子相當，通過改變前面的面板就可以實現(xiàn)不同客戶使用同樣一套標定補償系統(tǒng)。ESPROS在芯片設計之初，基于這么多年對ToF傳感器的專業(yè)認知，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為步進的線性標定補償，并且在兩個月之前我們進一步開放了升級版的標定和補償系統(tǒng)，并進一步開放了芯片的寄存器，能夠?qū)崿F(xiàn)以毫米為步進的線性標定補償，該類標定補償效果對人臉識別和3D建模非常有用?！?/p>

ESPROS提供的量產(chǎn)標定和補償方案

難點三：數(shù)據(jù)和圖像的改善，以及人眼安全問題產(chǎn)品做出來了，不代表馬上能夠大量出貨，金豐先生分享了曾經(jīng)遇到的典型客戶應用問題。以拍照為例，好的攝影師和好的攝影設備缺一不可，另外非常重要的一點就是需要對照片進行“修圖（PS）”。通俗來講“我們也會針對于客戶的不同應用，提供不同濾波算法。比如說非常簡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精度改善到毫米級精度。非常重要的一點是，不同的濾波器一定要對應不同的應用，例如高斯濾波、邊界濾波或者平滑濾波均有其獨特的應用場景。我們的最終目的是通過不同的濾波算法更好地匹配應用?！睂τ诙鄼C干擾的問題，ESPROS也有相應的解決方案，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干擾問題

在實際ToF模組的設計過程中，客戶往往希望得到更廣的角度、更高的幀率和更遠的距離，這會導致選擇發(fā)射光源時面臨人眼安全問題。金豐先生介紹“我們目前在跟瑞士一所大學合作，一起研究制定人眼安全標準。因為ToF模組的應用場景非常多，不管是家用掃地機器人，還是路上的自動駕駛汽車，都需要滿足人眼安全，這樣才能夠讓所有基于ToF模組的應用不傷害人眼?！膘`活的解決方案，滿足3D視覺產(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?！?/p>

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

針對產(chǎn)業(yè)鏈最頂端，或者說是終端客戶，不一定都需要從底層芯片開始設計ToF模塊，但又有實際的應用需求。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，具備高精度的標定補償，非常適合做人臉識別和3D建模；

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

如果客戶提出具體的模組定制化需求，金豐先生也有辦法：“我們會提供整套解決方案，會推薦客戶從ESPROS開發(fā)套件開始著手。根據(jù)客戶的應用需求，我們也會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測試。我們也會提供光學仿真表，包括LED、VCSEL的光源資料和芯片周邊的參考。最重要的一點：我們的目的不是為了去設計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，進而使ToF傳感器真正帶領(lǐng)人們在實際應用中得到更真實的3D世界感受?！?/p>