2017年，蘋果的iPhone X憑借AI技術(shù)和3D攝像頭敲開了3D視覺的大門。3D攝像頭又稱之為深度相機，即通過該相機能檢測出拍攝空間的景深距離，這也是其與普通攝像頭的最大區(qū)別。通過3D攝像頭獲取到的數(shù)據(jù)，我們能準確地知道圖像中每個點離攝像頭的距離，這樣加上該點在2D圖像中的（x，y）坐標，就能獲取圖像中每個點的三維空間坐標。通過三維坐標就能還原真實場景，實現(xiàn)場景建模等應(yīng)用。

目前，3D視覺攝像頭解決方案比較主流的有三種，分別是結(jié)構(gòu)光、雙目視覺，以及ToF（Time of Flighgt，飛行時間）。其中結(jié)構(gòu)光解決方案的代表公司有奧比中光、蘋果（Prime Sense）、微軟（Kinect-1）、英特爾（RealSense），以及Mantis Vision等；雙目視覺的代表公司有Leap Motion、Stereo Labs，以及大疆創(chuàng)新等；ToF技術(shù)的代表公司有微軟（Kinect-2）、pmd、索尼（SoftKinetic），以及一些智能手機廠商等。

據(jù)統(tǒng)計，ToF 3D解決方案的滲透率或?qū)⒊^結(jié)構(gòu)光，國內(nèi)智能手機廠商率先布局，2018年8月份，自O(shè)PPO R17 Pro搭載ToF 3D傳感技術(shù)后，12月vivo NEX雙屏版也搭載了ToF 3D超感應(yīng)技術(shù)，今年2月華為發(fā)布的榮耀V20內(nèi)置了ToF 3D方案，三星Galaxy S10 5G、LG G8 ThinQ，以及華為P30 Pro也加入了ToF深感相機……

點擊上圖，即可進入TOF專題頁面

ToF（Time of Flight，飛行時間），其實是一種深度信息測量方案，主要由紅外光投射器和接收模組構(gòu)成。投射器向外投射紅外光，紅外光遇到被測物體后反射，并被接收模組接收，通過記錄紅外光從發(fā)射到被接收的時間，計算出被照物體深度信息，并完成3D建模。ToF已經(jīng)被廣泛應(yīng)用在測繪、物流、無人駕駛等多個工業(yè)領(lǐng)域，方案比較成熟，現(xiàn)在，它在消費電子領(lǐng)域上的應(yīng)用也開始逐漸增多。

ToF 法根據(jù)調(diào)制方法的不同，一般可以分為兩種：脈沖調(diào)制（Pulsed Modulation）和連續(xù)波調(diào)制（Continuous Wave Modulation）。脈沖調(diào)制需要非常高精度時鐘進行測量，且需要發(fā)出高頻高強度激光，目前在實際應(yīng)用中，通常采用的是正弦波調(diào)制，檢測相位偏移辦法來實現(xiàn)測量距離的功能。圖1描述了ToF 相機（連續(xù)波）的基本原理。

圖1：ToF深度相機工作原理。

雖然，3D結(jié)構(gòu)光在深度測算的精度更高，但工藝相對復(fù)雜，并且對環(huán)境光線和識別距離都有比較高的限制。而ToF對環(huán)境光線的適應(yīng)能力更強，識別距離可以達到10m，響應(yīng)時間也更快，而且工藝難度也相對低。因此，現(xiàn)在不少廠商更愿意選擇ToF 3D感測解決方案。

總的來說，ToF的優(yōu)點主要有：

1）檢測距離遠。在激光能量夠的情況下可達幾十米。目前應(yīng)用在消費電子內(nèi)的ToF技術(shù)最大為10米；

2）受環(huán)境光干擾比較??；

3）體積小。

當然，ToF 也有一些顯而易見的問題：

1）對設(shè)備要求高，特別是時間測量模塊。

2）資源消耗大。該方案在檢測相位偏移時需要多次采樣積分，運算量大。

3）邊緣精度低。

4）限于資源消耗和濾波，幀率和分辨率都沒辦法做到較高。

盡管ToF相機具有很多優(yōu)點，但目前參與進來的玩家仍然不多，特別是國內(nèi)廠商。主流的ToF相機參與廠商包括pmd、ams、ST、TI、Infineon、Sony、Optrima、微軟等等，其中pmd是一家能夠提供戶內(nèi)、戶外均能使用的ToF相機廠商，其產(chǎn)品具備多種探測距離，可適用于科研、工業(yè)和消費電子等多種場合；Optrima和微軟的ToF相機主要面向家庭、娛樂應(yīng)用，價格相對較低。

Pmd與Infineon

Pmd的總部位于德國錫根，且在美國圣荷西、上海、及韓國首爾設(shè)有分公司，具有110位員工，是一家基于CMOS的3D飛行時間測距數(shù)字成像技術(shù)供應(yīng)商。其前身為德國錫根大學(xué)一個研究傳感器系統(tǒng)（ZESS）的中心實驗室，2002年從德國錫根大學(xué)分離出來組建了公司，后被另一家公司收購，組建了現(xiàn)在的pmd公司。該公司研究3D ToF傳感技術(shù)超過了20年。目前該公司擁有超過350項全球ToF專利和18種量產(chǎn)產(chǎn)品。該公司的產(chǎn)品已經(jīng)開發(fā)到了第8代了。

1996年，Rudolf Schwarte教授申請獲得具有Photomischelemente（即光子混合元件和設(shè)備）的ToF芯片基礎(chǔ)專利。2000年，推出了第一款具有ToF pmd傳感器的深度相機。

2002年，以Rudolf Schwarte，Bernd Buxbaum和Torsten Gollewski為代表的pmd技術(shù)開發(fā)團隊獲得了德國總統(tǒng)頒發(fā)的德國未來獎提名。

2013年，pmd與Infineon合作，生產(chǎn)用于非接觸式手勢識別3D圖像傳感器芯片。其與Infineon合作的REAL3圖像傳感器芯片已經(jīng)應(yīng)用在了2019年2月發(fā)布的LG G8 ThinQ上。

據(jù)在一次媒體活動中，麥正奇先生的介紹，英飛凌與pmd的合作模式是英飛凌主要負責(zé)半導(dǎo)體工藝、產(chǎn)品研發(fā)和產(chǎn)生；pmd主要負責(zé)ToF像素和ToF系統(tǒng)（3D攝像頭參考設(shè)計）研發(fā)。目前，雙方已攜手推出多款REAL3系列ToF圖像傳感器，其中第三代產(chǎn)品投入量產(chǎn)，第四代產(chǎn)品今年2月剛發(fā)布。新款第四代REAL3圖像傳感器型號為IRS2771C，芯片面積僅為4.6mm×5mm，提供150k（448 x 336）像素輸出，接近HVGA水準的分辨率，較市面上多數(shù)的ToF解決方案高出四倍之多。未來還會推出車規(guī)級的ToF芯片。

2019年初，pmd與徠卡相機公司合作開發(fā)了專為移動應(yīng)用開發(fā)的新參考設(shè)計Holkin，Holkin模塊使用徠卡鏡頭，專為pmd最新的3D成像儀IRS2771C而設(shè)計。該模塊z高度為4.2mm，提供HVGA（480×320像素）分辨率，是當今市場上分辨率最高的最小3D相機。

該模塊具有出色的環(huán)境光穩(wěn)定性，同時適用于室內(nèi)和室外使用。徠卡鏡頭針對940nm進行了優(yōu)化，成像儀像素采用了pmd擁有專利的背景照明抑制(SBI)技術(shù)。其成像系統(tǒng)很適合手機應(yīng)用，可用于面向外部世界以及面向用戶（自拍）的拍攝。

圖2：pmd與徠卡相機公司合作開發(fā)的Holkin 3D深感相機模塊。

意法半導(dǎo)體(ST)

ST對ToF技術(shù)也非常關(guān)注，到目前為止，已經(jīng)推出了三代ToF相關(guān)產(chǎn)品，VL6180、VL53L0X和VL53L1X。其中VL6180是其第一代產(chǎn)品，采用850nm的波長激光，最大測距大于40cm；VL53L0X是第二代產(chǎn)品，采用了940nm的波長激光，測距距離也提升到了2m。ST稱VL53L0X是世界上最小的ToF傳感器，采用單光子雪崩二極管，超高速時間分辨率讓Direct ToF技術(shù)能夠采用ST CMOS SPAD制造工藝，集成傳感器、濾波器、光學(xué)器件、VCSEL和驅(qū)動器于一體，系統(tǒng)具有高度校準的特性。

VL53L1X是其第三代產(chǎn)品，該模塊內(nèi)置了鏡頭與低功耗微控制器，測量距離高達4m，還可以在接收陣列上位感興趣區(qū)域（ROI）的大小和位置編程，從而調(diào)整視場角。

它包含一個SPAD（單光子雪崩二極管）感應(yīng)器陣列、一個基于人體一級安規(guī)VCSEL（垂直腔面發(fā)射激光器）的集成的940nm不可見光源。

圖3：ST VL53L1X系統(tǒng)框圖。

德州儀器(TI)

早在2013年，TI就發(fā)布過3D ToF手勢技術(shù)，但是用于控制領(lǐng)域。2017年發(fā)布的飛行時間(ToF)傳感器OPT8241算是一款經(jīng)典產(chǎn)品，這顆芯片屬于3D ToF圖像傳感器系列，它將ToF感應(yīng)功能與經(jīng)優(yōu)化設(shè)計的模數(shù)轉(zhuǎn)換器(ADC)和通用可編程定時發(fā)生器(TG)相結(jié)合，以高達150幀/秒的幀速率(600讀出/秒)提供四分之一的視頻圖形陣列(QVGA 320 x 240)分辨率數(shù)據(jù)。主要的應(yīng)用是深度感測，例如3D掃描、手勢控制等等，其終端應(yīng)用在ATM、人數(shù)統(tǒng)計等等。

目前TI的ToF傳感器產(chǎn)品主要有4種，分別是OPT3101、OPT8320、OPT8241和OPT921。其中OPT3101是基于ToF的遠距離接近和距離傳感器模擬前端產(chǎn)品；OPT8320是分辨率位80×60的3D ToF傳感器和控制器；OPT8241為3D ToF傳感器，而OPT9221是ToF控制器。

艾邁斯半導(dǎo)體(ams)

ams的口號就是“傳感即生活”，對傳感器的專注程度之高無出其右。其業(yè)務(wù)范圍包括傳感器解決方案、傳感器IC、接口和相關(guān)軟件。

該公司在2017年2月完成了對Heptagon的收購，而Heptagon在2014年收購了專注3D ToF技術(shù)的公司MESA Imaging?？梢奱ms在ToF技術(shù)領(lǐng)域的積累也是相當不錯的。

其TARA泛光照明器系列是專為各種各樣的ToF攝像頭而設(shè)計的，產(chǎn)品有TARASLIM（適用于執(zhí)行臉部識別任務(wù)的無邊框手機平臺）和TARA2000（適用于家用機器人和汽車等各種市場的廣角手勢傳感和頭部追蹤應(yīng)用）。

Melexis

Melexis是全球五大頂級汽車半導(dǎo)體傳感器供應(yīng)商之一，在汽車市場有著絕對的優(yōu)勢，可以說現(xiàn)在平均每輛車就有8顆邁來芯品牌的芯片。在汽車應(yīng)用中，傳感器數(shù)量越來越多，尤其是未來的自動駕駛，只有配備大量的高精準度的傳感器才能讓行駛更安全。

Melexis在2014年推出的MLX75023 是世界上首款符合汽車行業(yè)標準的車內(nèi)ToF傳感器，可在生產(chǎn)汽車時將其安裝在車內(nèi)。繼索尼收購 SoftKinetic 之后，Melexis在2015年與索尼簽訂了專利許可協(xié)議，獲準在自家產(chǎn)品中應(yīng)用索尼的DepthSense ToF技術(shù)。2017年，Melexis 推出了完整的QVGA芯片組和評估套件，力求推進技術(shù)開發(fā)與采用的進程。

在2019年3月份，Melexis又推出了一款單芯片汽車級VGA ToF圖像傳感器MLX75027，它是片上系統(tǒng)解決方案，在單一BGA封裝中提供VGA（640×480像素）分辨率的圖像傳感及處理功能。

MLX75027 使用調(diào)制光源和光學(xué)飛行時間傳感功能創(chuàng)建車艙三維圖像，可提供對車內(nèi)人員和物品的監(jiān)控，并具有手勢檢測功能。該傳感器也可集成至碰撞預(yù)警和導(dǎo)航應(yīng)用中，如檢測車外空間和障礙物以及行人等。MLX75027 的工作溫度范圍為 -40 至 +105°C。

MLX75027的主要特性之一是支持高達100MHz的調(diào)制頻率，使制造商能夠充分發(fā)揮VCSEL 的性能，實現(xiàn)更高的距離精度。此外，該傳感器支持高達135FPS的幀率，可以檢測并跟蹤快速移動物體。MLX75027擁有在30 FPS下230mW的低功耗和只需3個電壓（2.7V、1.8V 和 1.2V）的電源方案，可簡化系統(tǒng)設(shè)計并有助于降低電源單元成本。

另外，MLX75027采用索尼半導(dǎo)體解決方案公司的背光源技術(shù)（BSI）并包含多種高級特性，如可編程感興趣區(qū)域、連續(xù)或觸發(fā)工作模式以及圖像水平/垂直翻轉(zhuǎn)模式。搭載的系統(tǒng)級接口包括CSI-2串行數(shù)據(jù)輸出、MIPI D-PHY和I2C。

Teledyne e2v

Teledyne e2v擁有超過40年的成像設(shè)計及制造經(jīng)驗，產(chǎn)品涉及CMOS、CCD和EMCCD圖像傳感器、陣列、相機模塊、子系統(tǒng)和線掃描相機。它正在構(gòu)建一個專用于3D成像的平臺，以支持最新的工業(yè)應(yīng)用，比如視覺引導(dǎo)機器人、物流自動導(dǎo)引車輛（AGV）、工廠監(jiān)控和安全、手持掃描儀，以及戶外應(yīng)用。其3D方案包括激光三角測量、雙目視覺和結(jié)構(gòu)光，以及ToF方案。

其新一代ToF 130萬像素圖像傳感器BORA，具有高靈敏度/低噪聲，包括多積分或“堆積”模式?？膳臄z高速運動物體的3D圖像，具有高速雙快門，速度高達120幀/秒，全分辨率下的深度圖像速度也可達30幀/秒。

ADI

在ToF 3D解決方案種，ADI的產(chǎn)品主要用來增強ToF 3D系統(tǒng)的功能，包括處理、激光驅(qū)動器和電源管理功能。產(chǎn)品主要有ADDI903X、ADP3634和ADP5071。其中ADDI903X是具有可編程時序和V驅(qū)動器的CCD ToF信號處理器，ADP3634主要用作激光二極管驅(qū)動器，ADP5071用作CCD電源和光學(xué)模塊。

ADDI903x系列產(chǎn)品可支持CCD紅外光ToF傳感器，分辨率可達640x480。它可將影像信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并提供高精確度的脈波時間控制器，閉回路設(shè)計，讓激光二極管控制的脈波寬度更準確，進而可以得到更精準的深度數(shù)據(jù)。

國內(nèi)ToF深度傳感解決方案提供商Pico Zense的ToF深度傳感模組利用的就是ADI公司的ToF方案，其主打產(chǎn)品DCAM710的深度圖像分辨率均可達到640 x 480，畫面每秒傳輸幀數(shù)30FPS，該產(chǎn)品尺寸小、功耗經(jīng)濟、成像清晰度、精度均達到VGA標準，可以廣泛適用于智能機器人、 AR/VR、 微投影、無人機等領(lǐng)域。

據(jù)公開信息，vivo NEX雙屏版的3D人臉識別和ToF 3D超感應(yīng)技術(shù)，就是ADI和vivo共同合作的成果。

璦鐠瑞思（ESPROS）

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)，其epc660芯片體積非常小，具備高精度的標定補償，適合做人臉識別和3D建模。據(jù)其公司網(wǎng)站資料，epc660芯片具有高NIR（近紅外）靈敏度（> 80％@ 850nm），以及在電荷域抑制強環(huán)境光的能力。

高靈敏度意味著省電，并且由于主動照明無需設(shè)計得那么強，可使設(shè)備運行對人眼更安全。epc660采用了帶焊球的薄裸片芯片級封裝，總厚度為0.23mm，可用于輕薄的移動應(yīng)用（如智能手機）3D攝像頭模組設(shè)計。其封裝不僅可以縮小模塊的整體尺寸，還有助于降低成本。

其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。

與其合作的國內(nèi)方案商有北醒（北京）光子、北京洛倫茲、上海數(shù)跡智能和深圳海伯森等。

索尼

索尼將自己從2009年起積攢起來的背照式傳感器技術(shù)，與2015年收購的Softkinetic Systems SA研發(fā)的電流輔助光子調(diào)節(jié)器（CAPD）相結(jié)合，推出了深度感應(yīng)性能更高，體積更小的新型背照式ToF傳感器DepthSense 系列產(chǎn)品。

2017年底推出了其首款產(chǎn)品IMX456QL，該產(chǎn)品已于2018年底批量上市。

圖4：索尼ToF攝像頭。

索尼分解器解決方案的移動及傳感系統(tǒng)事業(yè)部長吉原賢表示層對媒體表示，2019年夏天在索尼位于九州的工廠，將開始量產(chǎn)部分ToF傳感器。同時也正在與智能手機用攝像頭模組供應(yīng)商推廣。特別是中國，“市場本身很大，應(yīng)用的變化趨勢也非?？?我們非常期待”。

據(jù)報道，索尼將加大ToF傳感器布局。該公司將在2019年下半年提高3D攝像頭的產(chǎn)量，以滿足下游相關(guān)客戶的需求，包括蘋果、google、三星以及華為。目前索尼公司在全球圖像傳感器市場份額接近一半，3D業(yè)務(wù)已經(jīng)實現(xiàn)盈利。

聚芯微電子

2016年初成立的聚芯微電子坐落于有著武漢東湖新技術(shù)開發(fā)區(qū)，由多位具有豐富行業(yè)經(jīng)驗的歸國華人組建，是一家致力于向消費電子、人工智能和汽車電子等領(lǐng)域提供高性能混合信號芯片及其解決方案的創(chuàng)新型公司。公司目前擁有ToF 3D傳感、傳感器信號調(diào)理和智能音頻等多條產(chǎn)品線，其高性能傳感器信號調(diào)理芯片已在消費類和汽車級市場實現(xiàn)批量出貨。

據(jù)公開資料顯示，聚芯微電子在2017年完成了A輪融資，投資人為五岳華諾、長安私人資本及春曉東科。到目前為止，該公司已經(jīng)完成3輪，累計4000萬元的融資。ToF傳感器芯片以及基于該技術(shù)的3D成像方案是他們的發(fā)展重點。

SIF2310是聚芯微電子推出的一款背照式技術(shù)(BSI) ToF傳感器，產(chǎn)品片上集成了一個HVGA (480x360)級分辨率的像素陣列，一個用來調(diào)制紅外光源的信號發(fā)生器、12bitADC、片上溫度傳感器、獨立的邏輯控制單元、片上高速時鐘和用于高速數(shù)據(jù)傳輸?shù)腗IPI接口。

SIF2310支持高達100MHz的調(diào)制頻率，及高達240fps的輸出幀率。同時，芯片針對NIR (近紅外)波長進行了特殊優(yōu)化，具有良好的感光度。配合紅外光源，SIF2310可廣泛應(yīng)用于人臉識別、AR/VR、動作捕捉、3D建模、機器視覺、無人駕駛等領(lǐng)域。芯片提供裸片或Glass-BGA封裝。

炬佑智能

上海炬佑智能科技有限公司（以下簡稱“炬佑智能”）成立于2017年1月，是一家開發(fā)智能感知與人工智能（AI）系統(tǒng)的科技公司，公司總部設(shè)在上海，并在日本、美國、瑞士（籌建中）設(shè)有海外分部，同時拓展并支持國內(nèi)與海外的客戶和市場。

炬佑智能產(chǎn)品包括ToF傳感器芯片，發(fā)光控制芯片，3D圖像處理芯片、模組、算法，矯正和應(yīng)用系統(tǒng)，可支持智能終端、無人機、機器人、智能駕駛、智能空間、智能安防、虛擬和增強現(xiàn)實（VR/AR）購物等各類應(yīng)用。

其CEO劉洋先生在接受采訪時表示，軟硬件產(chǎn)品方面，炬佑智能全面布局傳感器、IC和算法，已開發(fā)出包括分辨率為100 x 10、100 x 100、240 x 100、240 x 200、320 x 240等系列850nm和940nm ToF傳感芯片，并將推出VGA和百萬像素產(chǎn)品，同時還開發(fā)了智能3D控制芯片和智能發(fā)光發(fā)射芯片。

不過，<電子發(fā)燒友>在其官網(wǎng)上并未查到具體產(chǎn)品型號。

圖5：炬佑智能官網(wǎng)截圖。

歌爾股份

歌爾股份目前在微型麥克風(fēng)、高端虛擬現(xiàn)實產(chǎn)品、微型揚聲器、耳機、智能可穿戴電子、智能家用電子游戲配件、MEMS麥克風(fēng)、MEMS傳感器等領(lǐng)域占有不錯的市場份額，但其在新技術(shù)上的投入也不遺余力，截止目前，該公司ToF 3D模組已開始量產(chǎn)。

圖6：歌爾股份的ToF 3D傳感攝像頭。

根據(jù)今年3月22日，歌爾股份在深交所互動易平臺回復(fù)投資者提問，該公司一直積極布局光學(xué)領(lǐng)域的核心技術(shù)，最近推出的TOF 3D感知模組，已經(jīng)得到了客戶積極反饋，很快實現(xiàn)量產(chǎn)。

不到4個月時間，在7月6日的投資者互動平臺上，歌爾股份表示，公司的TOF 3D模組已經(jīng)開始量產(chǎn)。在MR方面，歌爾參與了微軟公司新一代MR公司的光學(xué)、結(jié)構(gòu)、硬件的設(shè)計和整機制造，目前已有基于此平臺的產(chǎn)品如三星奧德賽MR產(chǎn)品上市。

ToF的快速成長依賴于下游領(lǐng)域的快速擴張。受益于下游市場的迅速崛起，ToF正在進入快速成長期：

一方面，智能手機進入存量時代，微創(chuàng)新持續(xù)產(chǎn)生并加速滲透，對深度攝像的需求以及智能手機交互方式的變化促進ToF的市場擴張，在技術(shù)改善和成本趨低的背景下，ToF技術(shù)未來有望在手機中廣泛應(yīng)用；

另一方面，汽車智能化趨勢越來越明顯，ADAS滲透率不斷提高，車內(nèi)監(jiān)控、手勢識別、自動駕駛環(huán)境感知等功能對ToF方案的需求也十分強勁。

還有，工業(yè)4.0中越來越多的工廠在積極導(dǎo)入自動化生產(chǎn)線、協(xié)同機器人，以及AGV無人搬運車等。ToF傳感器可以用作HMI(人機接口：Human Machine Interface)，在高度自動化的工廠中，工人和機器人需要在很近的距離下協(xié)同工作，ToF設(shè)備可以用于控制各種情形下的安全距離。因此，這方面的需求也在增長。

總的來說，ToF技術(shù)具有豐富的應(yīng)用場景，在汽車、工業(yè)、人臉識別、健康，游戲、娛樂、電影特效、3D打印和機器人等諸多領(lǐng)域都有應(yīng)用。這些應(yīng)用的增長，將會持續(xù)推動ToF技術(shù)的成長。