关于3D图像传感器的性能分析和介绍

春天到了，最开心的事情莫过于春游。事实上，AR / VR游戏产业正通过诸多灵活功能进行创新，激励用户探索其惯常工作区以外的领域。想象一下，春游时带上游戏设备：将户外游戏与出色的增强现实体验相结合，这样的体验岂非很赞？而所需要的只是一部智能设备而已。

AR游戏之应用要求及挑战

六大挑战

（1）在手机AR游戏应用中，用户在场景中随机移动，因此，虚拟世界和现实世界的相对深度值变化很快。3D摄像头暴露在不同的环境条件下，比如从明亮的光照环境到完全黑暗，以及具有不同特征的环境。在现实世界中，场景条件并不总是理想的，有时会出现错误或拍摄到的图像出现伪影。场景引入的伪影主要与场景中的环境照明、硬阴影、各元素的反射属性或几何属性及其空间配置有关。

（2）手机AR技术的另一个挑战来自多用户场景，即多个摄像头在同一空间同时工作。具有相似调制频率和重叠视野的深度摄像头可能相互干扰，因为它们共享同一频段。来自两个或更多摄像头的光信号叠加产生一个移位相位（假设调制频率相同）、引发干扰，并使正确的模式识别失效。

（3）机械健壮性（mechanical robustness）是手机嵌入深度摄像头需考虑的另一相关因素。在手机游戏应用中，玩家将不可预测地穿越地形，设备掉落、碰撞、冲击和振动的风险会增大，这可能会使工厂的摄像头标定失效，或导致机械故障。

（4）在实施激光照明的3D摄像头系统中，激光安全性是一个值得关注的问题。在不考虑激光安全性的情况下，大功率照明会对最终用户的眼睛造成伤害，灼伤皮肤。因此，这个问题要求系统设计者、特别注意相应的应用安全规定和关注的目标市场。

（5）在保持手持设备尺寸的同时、屏幕却越来越大，这给设计师提出了一个挑战，即如何在手机电路板的小小空间容纳所有功能。

小巧的REAL3 图像传感器将AR技术融入智能手机

（6）电池使用时间是用户关注的问题，也是手持设备设计的主要考虑因素之一。虽然以最低功耗稳定运行是智能手机和可穿戴设备的必备条件，但每一代新手机都增加了诸多功能，需要处理器速度更快、更加智能，从而耗电更多。

搭载REAL3的解决方案

显然，3D飞行时间（ToF）摄像头可以为AR / VR游戏增添更多的真实感、准确的沉浸感和一定程度的细节，这是其他系统（如2D摄像头）无法提供的。利用强大的算法，配合专门用于在各种环境条件下准确获取深度信息的ToF摄像头，是解决伪影问题的最佳组合。

特别适用于具有挑战性的环境，构成ToF摄像头的REAL3 图像传感器由英飞凌与pmd共同开发，其采用获得专利的SBI（背景干扰抑制）技术，相比传统的ToF技术而言，动态距离扩大2倍，针对阳光影响因素的稳定性表现增强20倍。这项技术使摄像头能够在明亮的阳光、绝对黑暗等所有光线条件下有最佳表现，而并不显著依赖于材料反射。REAL3对环境和照明条件的限制最少，能够降低噪声并降低功耗[1]，而不会随时间推移影响性能。

[1]注:一些克服阳光影响的技术是基于增大红外照明功率，而这种情况并非如此。

与实际用例无关，得益于应用于红外光的扩频时钟（SSC）调制，英飞凌REAL3图像传感器系列对多设备干扰具有很强的抗扰性。

同时，REAL3能实现简单而强大的摄像头模块设计。除通常的外设[SPI / I2C存储器、电源、连接器]外，集成传感器产品的摄像头将只有两个主要组件：REAL3图像传感器和照明电路[VCSEL驱动器、眼睛安全电路、温度传感器]，这些组件之间不需要任何机械基线。因而，其结果就是一个非常小的摄像头模块(只有11×7×4毫米)，具备集成于手机的高度灵活性，并有快速的(不到10秒)工厂内寿命标定程序。

基于ToF技术的英飞凌REAL3 图像传感器应用框图

相比之下，结构光等其他技术需要摄像头和投影仪之间的基线。基线的存在意味着很大的空间需求、较低的机械稳定性和稳健性，并且设计灵活性有很大局限。在基于结构光的摄像头中，由于机械不稳定性导致的标定降级风险增大，可能会出现产量损失甚至现场退货等后果。

此外，REAL3 图像传感器包括一个集成式眼睛安全电路。眼睛安全电路使红外光系统能在所有可预见的操作条件下都是安全的。较之外部眼睛安全电路，这个概念具有显著优势：减少BOM用料，并且对于每个用例可以选择针对曝光时间限制的不同设置。

在AR游戏中，团队合作更有趣：REAL3 对多设备干扰具有很强的抗扰性，因此AR世界可以同时成为多个玩家的游戏场地。当然，英飞凌REAL3 的优点还有：

①凭借REAL3传感器阵列，可以在几微秒内拍摄3D图像，从而实时捕获移动场景。

②凭借其支持抑制背景照明的专利技术，REAL3支持摄像头在所有环境光线条件下部署。这个属性在户外AR游戏中非常重要（户外游戏是年轻人当中的最新趋势）。

③此外，可靠校准（设备整个生命周期仅一次！）以及低功耗、集成的激光安全性和最小的空间要求使REAL3成为手机深度摄像头的理想传感器解决方案。