關于TOF，看這(zhè)篇文章就(jiù)好(hǎo)了……

在2018世界移動通信大會(huì)上海站上，vivo推出了TOF（Time of Flight）3D超感應技術。 TOF 3D超感應技術可感應30萬個有效深度信息點，是3D結構光技術的10倍，工作距離可達3米，是結構光技術的3倍，TOF模組的baseline（基線）近乎爲零，比結構光技術的25mm有大幅提升。

官方介紹，這(zhè)項技術利用傳感器測量目标物距離和輪廓，實現手機對(duì)高精度3D信息的采集和運算，具有有效深度信息高、工作距離遠、結構布局靈活、應用場景豐富等亮點。 TOF 3D超感應技術已成(chéng)功支持微信人臉識别支付，預計在2018年下半年投入商用。屆時(shí)vivo將(jiāng)是國(guó)内首家支持微信人臉識别支付的手機廠商，同時(shí)也是國(guó)内首家支持微信屏幕指紋支付的手機廠商。

其實Soomal測評很多搭載ToF傳感器的設備[華爲、LG、HTC有多款手機型号使用了ToF技術]，隻是過(guò)去ToF主要用途是拍攝時(shí)畫面(miàn)和對(duì)焦，終端廠商極少強調和宣傳。今天我們就(jiù)聊聊ToF技術的工作方式以及消費電子設備中的應用。

什麼(me)是ToF

ToF是Time of Flight的縮寫，有的翻譯稱之爲飛行時(shí)間。這(zhè)種(zhǒng)成(chéng)像技術通過(guò)向(xiàng)目标發(fā)射連續的特定波長(cháng)的紅外光線脈沖，通過(guò)特定傳感器接收待測物體傳回的光信号，計算光線往返的飛行時(shí)間或相位差得到待測物體的3D深度信息。TOF相機的亮度圖像和深度信息可以通過(guò)模型連接起(qǐ)來，迅速精準地完成(chéng)人臉匹配和檢測 。

ToF工作流程圖 - 來自Texas Instruments

TF的硬件組成(chéng)有：

發(fā)光單元：發(fā)光單元通常爲能(néng)發(fā)出特定波長(cháng)紅外線的VCSEL，VCSEL能(néng)以相對(duì)較小功率發(fā)射出較高的信号。

光學(xué)鏡頭及濾光片：用于收集反射回的光線。濾光片隻允許對(duì)應波長(cháng)的紅外線通過(guò)，抑制其他光線，并降低噪聲。

圖像傳感器：ToF相機的核心部件，接收反射回來的光線，負責測量每個像素點光線從發(fā)光元件到目标物體再反射回傳感器的時(shí)間。

ToF的優勢

ToF和iPhone X所使用的結構光技術有何區别，又有什麼(me)優勢？iPhone X的結構光是首先利用激光器將(jiāng)鏡片上的點陣或固定圖案投射在人臉上，然後(hòu)拍攝紅外圖像，通過(guò)點陣或圖像的形變，計算出深度信息，進(jìn)而識别3D臉部信息。

而ToF是通過(guò)特殊的傳感器，通過(guò)計算發(fā)射出去的紅外線激光來回的時(shí)間得到被(bèi)攝物體深度信息，進(jìn)而識别3D信息。

不同的3D成(chéng)像技術特點 - 來自互聯網

相較于結構光技術，ToF的設計更靈活，可通過(guò)改變光源強度能(néng)實現不同範圍的3D成(chéng)像；而通過(guò)調整發(fā)射器脈沖頻率，就(jiù)可以調整相應的信噪比以适應不同的精度要求或應用環境。ToF的激光發(fā)射器也相對(duì)簡單，隻需發(fā)射出特定波長(cháng)的高頻脈沖激光即可。而結構光必須通過(guò)特殊的光學(xué)鏡片，投射出相應圖案，通過(guò)計算才能(néng)得到深度信息。

vivo ToF技術的信息量優勢 - 來自互聯網

ToF如何讓深度信息量達到結構光的10倍？ 在去年十二月，索尼推出了一款背照式ToF測距傳感器 ，廠商稱該傳感器較前代産品測距性能(néng)進(jìn)一步提高，同時(shí)體積減小，僅爲1/2英寸，并擁有VGA分辨率，索尼將(jiāng)從2018年4月開(kāi)始出貨樣(yàng)品。索尼將(jiāng)采用了測距技術的測距傳感器統稱爲DepthSense系列，此次是首次將(jiāng)背照式ToF技術應用于DepthSense系列産品。 VGA分辨率爲640*480，差不多就(jiù)是30萬像素。而此前市場也有過(guò)傳言稱vivo有望于今年推出後(hòu)置ToF方案的手機，模組廠爲信利，ToF Sensor爲松下，驅動芯片及算法由ADI提供。後(hòu)續索尼將(jiāng)于今年8月份推出全新的ToF Sensor，預計會(huì)成(chéng)爲未來的主流方案。 因此，vivo有較大概率采用的是索尼新出來的ToF傳感器，配合更高效率的激光發(fā)射器，實現比現有手機結構光精度更高、工作距離更遠的3D感知方案。

ToF在消費電子上的應用

測距：ToF在測距上的應用主要包括輔助對(duì)焦、前置距離傳感器和避障。

LG G3[D858 Titan] 智能(néng)手機的激光對(duì)焦燈

激光對(duì)焦：手機中第一批ToF相機的應用，是“激光對(duì)焦”，具體機型包括：華爲P9，V8，聯想 moto g4+， HTC M10， 還(hái)有LG的非常多款手機。激光對(duì)焦利用了ToF傳感器的測距能(néng)力，例如LG的G3手機就(jiù)采用了激光對(duì)焦。在攝像頭旁邊有個暗紅色的半透明發(fā)射窗口，當對(duì)焦時(shí)，裡(lǐ)面(miàn)會(huì)發(fā)射出測距激光。原理非常簡單，通過(guò)測距激光，快速的定位焦點。

ToF傳感器成(chéng)本算不上高，未得到普及主要問題在于發(fā)射功率偏低，導緻對(duì)焦範圍受限。大部分激光對(duì)焦均采用了來自意法半導體的兩(liǎng)款ToF傳感器，通過(guò)查閱技術文檔可知，這(zhè)兩(liǎng)款傳感器的有效範圍均在2米以内。超過(guò)這(zhè)個範圍，將(jiāng)回歸到傳統的反差對(duì)焦或相位對(duì)焦模式。随著(zhe)傳感器技術的進(jìn)步，後(hòu)置攝像頭激光對(duì)焦也逐漸消失在我們的視線中。

多款手機使用的ToF方案 - 來自互聯網

距離傳感器

iPhone上使用的ToF組件電路圖 - 來自chipworks

财大氣粗的蘋果就(jiù)不一樣(yàng)了。根據Chipworks、上海微技術工研院等多個渠道(dào)的的拆解和分析，蘋果從iPhone 7系列開(kāi)始，前置距離傳感器采用了一塊類意法半導體的ToF傳感器。蘋果使用這(zhè)款距離傳感器，用來測量打電話時(shí)人臉距離的遠近，進(jìn)而選擇開(kāi)關屏幕。此外，Chipworks還(hái)猜測，這(zhè)款傳感器也可能(néng)用作前置攝像頭的輔助對(duì)焦對(duì)焦。

無人機、無人駕駛避障

大疆dji Spark曉 無人機-兩(liǎng)軸機械增穩雲台+1200萬像素攝像頭/1080p視頻

在Spark上，大疆使用了ToF攝像頭用作避障與手勢信息識别。上圖中，攝像頭上方區域就(jiù)是ToF攝像機。 通過(guò)小型深度相機不斷采集三維空間裡(lǐ)的手勢視覺信息。采集到的這(zhè)些手勢圖像傳輸給飛行器 CPU 進(jìn)行運算分析，完成(chéng)後(hòu)給飛行器發(fā)送特定的指令。

3D動作捕捉與識别

Kinect 2是ToF在動作識别領域應用的典型。Vivo這(zhè)次在MWC上，同樣(yàng)也展示了ToF用于動作捕捉與識别的功能(néng)，將(jiāng)手機作爲捕捉入口，與大屏遊戲交互。

ARVRMR應用開(kāi)發(fā)中的3D建模

谷歌Project Tango手機上使用的ToF組件 - 來自互聯網

谷歌的AR技術Tango Project與系列部分機型采用ToF技術進(jìn)行場景3D建模，包括上圖所示的Project Tango原型機、聯想Phab 2 Pro、華碩ZenFone AR等。微軟也不會(huì)放棄來自Kinect 2中的ToF技術，微軟的MR設備裡(lǐ)，用于場景3D建模的技術，同樣(yàng)也是ToF。此外，根據供應鏈消息，蘋果一直沒(méi)有放棄在後(hòu)置攝像頭上使用ToF傳感器，用作3D建模。

總結

不同廠商和設備的ToF在硬件實現上大同小異：使用ToF傳感器生成(chéng)深度數據，使用紅外傳感器獲得紅外信息，使用RGB傳感器獲得色彩信息，以聯想的Phab 2 Pro爲例，這(zhè)款AR手機具有複雜的環境感知功能(néng)，其3D攝像頭中的傳感器包括英飛淩（Infineon）、PMD飛行時(shí)間（ToF）傳感器、豪威科技（OmniVision）近紅外全局快門圖像傳感器、三星（Samsung）RGB圖像傳感器等。 其實ToF傳感器在手機上并不是什麼(me)新鮮事(shì)物，“激光對(duì)焦”曾一度在手機市場流行；也有蘋果手機、平闆等設備用于距離傳感器；谷歌在Project Tango的探索中，也嘗試過(guò)使用ToF方案進(jìn)行3D建模。但用于3D人臉識别，vivo將(jiāng)是頭一個，它展示了人臉識别、人臉支付等安全認證領域一個全新技術規範和标準，指紋識别將(jiāng)不再是全面(miàn)屏手機的難題，而且相對(duì)于指紋圖來說(shuō)，人臉的景深信息3D數據既不是完整的照片，也無法打印。非法利用的難度更高，對(duì)于移動支付等安全領域也將(jiāng)比指紋更爲安全。

轉載自：OLEDindustry