ToF传感器2019年大爆发 未来向4D感知迈进

未来已来，物联网（IoT）落地已近在眼前，而飞行时间（Time of Flight, ToF）传感器则是实现IoT的关键技术之一，在智能家居、智能安防、智能零售、智慧医疗、智慧农业等各个领域都发挥着巨大作用。2018年12月21日，麦姆斯咨询和博闻创意主办的『第二十五届“微言大义”研讨会：激光雷达技术及应用』上，炬佑智能首席执行官刘洋先生对ToF传感器如何实现从3D感知“飞向”4D感知进行了分析。

炬佑智能CEO刘洋先生谈动态ToF系统如何实现4D感知ToF传感器在IoT领域无处不在一直以来，IoT都处于“雷声大、雨点小”的悬而未决状态，欣喜的是：近年来，各种IoT应用开始落地，基于ToF传感器的3D感知技术在IoT应用领域也开启了新篇章。演讲伊始，刘洋先生先为大家讲解了ToF传感器如何赋能IoT应用：“AR/VR眼镜中用于深度和方位信息识别；3D人脸识别也有望迎来ToF解决方案的大爆发；扫地机器人从传统的单线机械扫描式激光雷达转向ToF激光雷达测距；智能家居、智能安防、智慧零售领域，ToF传感器用于识别和跟踪人体，让人类生活各方面变得更加智能；在自动驾驶/车内感知及监控/AGV领域，ToF传感器是车载激光雷达、车内人体识别、车内手势识别的重要元器件；甚至在农牧业，ToF传感器也可用于测量并监控牲畜的生长状态；而未来，ToF传感器将超越3D感知范畴，对人体生理指标、物体速度等信息进行测量，走向4D感知。”

智能传感器是支撑IoT的感知层趋势待发，为2019年3D ToF传感器应用爆发准备随着vivo NEX双屏版手机携3D ToF人脸识别功能在中国亮相，日本索尼也紧接着宣布2019年夏季将实现3D ToF图像传感器的量产，另有消息称苹果2019年新iPhone手机也将采用ToF图像传感器。因此，业界普遍认为2019年将成为3D ToF传感器应用大爆发的元年！炬佑智能自2017年1月成立以来，就着手从多方面进行布局，旨在为3D ToF传感器应用爆发的到来做好充足的准备。刘洋先生详细介绍了炬佑智能从基础设施、专利、产品和模组开发、算法开发等各方面所取得的成绩：（1）炬佑智能投入了大量资源建立和完善实验室和开发评测中心，已建成两个全系统的实验室，并即将建成一个拥有上千平方米的评测中心；（2）从传感器、数据处理、发光控制和传感融合四个维度全面打造智能3D传感系统；（3）专利方面已经展开大规模申请，目前申请的专利数量已超过70件，未来的目标是实现逐年翻番；（4）软硬件产品方面，炬佑智能全面布局传感器、IC和算法，已开发出包括分辨率为100 x 10、100 x 100、240 x 100、240 x 200、320 x 240等系列850nm和940nm ToF传感芯片，并将推出VGA和百万像素产品，同时还开发了智能3D控制芯片和智能发光发射芯片；（5）智能3D控制芯片集成了基本深度处理和多项动态感知算法，并有自适应学习的人工智能架构等高度算法等；智能发光芯片则包括高效发光驱动、发光控制和发光保护，以及与ToF传感器和控制芯片有机结合的控制系统。

炬佑智能推出的CX3模组可根据客户要求提供定制化服务从3D感知到4D感知，ToF传感器还有哪些潜力待开发？刘洋先生谈到“静态的CMOS图像传感器仅仅是采集图像，相比之下，ToF传感器则是对光的收发进行了动态控制。通过更多智能 + 动态技术的开发和应用，我们希望把ToF传感器的感知能力从3D拓展到4D。”传统意义上，我们对ToF传感器的认识是其通过对光束发出和返回的时间差进行距离测量，从而实现对物体深度信息的感知，即3D感知。但ToF传感器的4D感知潜力还有非常大的想象空间。

智能 + 动态技术赋予ToF传感器4D感知功能ToF传感器在实际应用中会遇到各种问题，比如光的传播过程中遇到散射、物体干扰、物体遮挡等各种问题，“可以通过对发光芯片的智能设计，配合智能算法，对输出信号进行校正，真正实现对ToF传感器的动态控制”。关于ToF传感器与光度立体（Photometric Stereo）应用的结合，刘洋先生这样解释“ToF传感器是对红外光的感知，如果与光度立体技术相结合，人脸感知的性能会大大提高。”同时，“ToF传感器不仅能感知深度信息，还能感知到材料和人体生理指标（如心率）信息，因此在医疗、工业领域实现More than Depth Sensing（超越深度感知）的功能”，“麻省理工学院也在进行对ToF传感器感测被遮挡物体的前沿研究，对物体速度的感测能力有望赋予ToF传感器在汽车上更多的应用。”炬佑智能在ToF感知功能方面做了大量的开发，刘洋先生在现场为大家展示了炬佑智能开发的3D ToF传感芯片和模组的测试结果。经过炬佑智能自己研发的智能算法校正后，ToF传感器在不同背景光的反射率误差从6%下降到1.4%以下；通过传感器融合，940nm ToF传感器在室外的探测精度达到5‰以下；在室外强光环境下，通过动态算法的提升，在100klux、照明平均功耗在200mW的水平下，3D ToF传感模组表现出非常优秀的性能。

炬佑智能开发的3D ToF传感模组在强光环境下表现优秀最后，刘洋先生表示“随着市场对ToF传感器的需求出现爆发性增长，客户对ToF传感器的要求也呈现多样化。炬佑智能相信ToF传感器将实现从3D感知向4D感知的转变，炬佑智能愿意和产业链上下游企业深度合作，共同推动ToF传感技术的发展！”