ToF将替代结构光？艾芯智能携手炬佑加速ToF产业国产化

4月23日下午，高性能3D视觉传感器和人工智能应用算法厂商艾芯智能携手ToF芯片及系统厂商炬佑智能在上海召开发布会，宣布双方达成战略合作，同时发布了一系列基于3D ToF技术的新产品。来自阿里、高通、海思、展讯、云从，依图、旷视、珠海一微、博世等众多行业上下游合作伙伴、资本方的嘉宾出席，芯智讯也受邀参与本次发布会。

△炬佑智能CEO刘洋（左）与艾芯智能CEO方利红（右）

3D市场加速成长，ToF技术将成主流？

自从2017年苹果率先将3D结构光技术应用到了iPhone X的前置成像系统之后，就迅速引爆了3D成像市场。

根据Yole D'developpement最新的预测则显示，2019-2025 年 3D成像与传感市场规模将从 50 亿美元增加至 150 亿美元，复合增长率仍可超过 20%。特别是在消费电子领域，3D成像和传感市场将从2019年的20.17亿美元增长到2025年的81.65亿美元，年复合增长率超过26%。

另据Yole D'developpement预测，3D 摄像头在智能手机中的渗透率将在未来几年大幅上升，2025年将有望达到 70%，市场空间广阔。

不过，目前主流的3D成像技术除了3D结构光之外，还有双目立体视觉和3D TOF（Time Of Flight）技术。

从技术上来看，双目成像虽然有着3D成像分辨率高、精度高、抗强光干扰性强、成本低等优势，但是其缺点也非常明显，比如其算法非常复杂、容易受到环境因素干扰、依赖环境光源、暗光场景表现不佳，更为关键的是模组很难做到小型化，因此目前在手机上应用相对较少。

3D结构光虽然识别距离相对较短（作用距离大约0.2米到1.2米，甚至更远一点），模组结构也比较复杂，成像易受强光干扰，成本也相对较高，但是其通过一次成像就可以得到深度信息，能耗低、成像分辨率高，非常适合对安全级别要求较高的3D人脸识别、3D人脸支付等方面的应用。而且由于苹果iPhone X的率先应用3D结构光技术的带动，该技术目前已经非常成熟。

不过，由于3D结构光在识别距离上的限制，使得目前结构光在手机上的应用，主要局限于前置，主要用作3D人脸识别解锁、3D人脸识别支付以及3D建模等应用，相对来说应用面较窄。

相比之下，3D ToF技术虽然在短距离内的成像精度和深度图分辨率上相比3D结构光要低一些，但是其算法相对简洁，且功耗、成本也较低，更为关键的是，3D ToF技术的识别距离更远，可以做到0.4米到5米左右的中远距离识别，室内外抗干扰性强，而且FPS刷新率更高，这也使得ToF技术不仅可以应用于3D人脸识别、3D建模等方面，还可适用于环境重构、手势识别、体感游戏、AR/VR等多方面的应用，相比结构光技术应用面更广。

△3D ToF的应用场景

因此，近两年来，相比3D结构光在识别距离、应用范围等方面更具优势的3D ToF技术，也开始受到了越来越多的厂商的追捧。此前OPPO R17 Pro、vivo NEX双屏版、荣耀V20、LG G8、三星S10 Pro/Note10+、华为P30 Pro/Mate30 Pro/P40 Pro/P40 Pro+系列都有配备3D ToF传感器，有前置也有后置（后置应用偏多）。

今年3月18日，苹果发布的新iPad Pro的后置成像系统更是首次搭载了3D dToF 技术（苹果称为 LiDAR）。传闻称，今年的5G版新iPhone的后置成像系统很可能也会采用该技术。这也使得业界更加看好ToF技术的市场前景。

▲TechInsights拆解的新款iPad Pro的“激光雷达扫描仪”内部的Sensor

目前双目、3D结构光、3D ToF三种技术仍然在并行发展，并且有着各自的优缺点，因此，此前业界也普遍认为，这三种技术会长期并存，特别在手机应用上，前置可能更多还是会选择3D结构光，后置则会选择采用3D ToF。不过，随着技术（TOF技术持续演进，在精度、分辨率、成本、功耗等特性方面开始超越3D结构光）及市场的变化（越来越多的厂商开始选择采用3D ToF），这一观点也正在发生改变。

在4月23日的发布会上，ToF芯片及系统厂商炬佑智能CEO刘洋就表示，随着技术难度和市场需求的改变，ToF会必然替代双目和结构光技术成为3D视觉感知技术的主流。艾芯智能CEO方利红也表示，相比结构光，ToF的应用面更广，市场潜力也更大，单纯从市场角度来看，未来ToF确实会形成对结构光的替代。

炬佑智能发布全新ToF产品

炬佑智能成立于2017年初，一直专注于3D ToF三维成像市场，特别是在芯片端做了大量开发，拥有自研的ToF传感器芯片、VCSEL驱动芯片和3D ToF信号处理芯片。

在4月23日的发布会上，炬佑智能发布了两款芯片产品：全面涵盖i-ToF和d-ToF驱动要求的新一代VCSEL驱动芯片OPN7011和VGA ToF Sensor OPN8018。

据介绍，OPN7011是业界首款针对ToF设计的VCSEL驱动芯片，可提供高达10A的驱动电流，12V的驱动电压，200MHz的频率，全面涵盖iToF和dToF的驱动要求。同时还加入了过流保护、过温保护、激光人眼安全以及动态timing补偿。

OPN8018则是一款ToF Sensor ，传感器像素大小为7μm，分辨率可达640×480，支持30帧每秒的输出，功耗小于120mW，同时支持不牺牲帧率来实现HDR。另外，该传感器在非正常识别状态下，还可通过降低精细度来实现降低功耗，类似接近传感器，但物体靠近并保持在传感器前静止时，才会进入正常工作状态。

同时炬佑智能还发布了两款基于自有ISP芯片的ToF平台模块产品：面向近距应用的Dolphin和面向中远距应用的Hawk。

据介绍，Dolphin的测量距离为1.5-5m，视场角为72°×55°或110°×12°，集成了炬佑智能自研的ISP算法，可支持USB3.0/MIPI/DVP等接口，软件包支持X86 Win10、X86 Ubuntu、Arm Linux等平台。

△炬佑智能Dolphin模块

Hawk的测量距离则可高达5-10m，视场角有三档86°×68°或110°×90°或24°×18°，集成了炬佑智能自研的ISP算法，支持USB3.0接口，软件包支持X86 Win10、X86 Ubuntu平台。

△炬佑智能Hawk模块

艾芯智能发布多款ToF产品

艾芯智能成立于2016年，比炬佑智能更早一年，一开始艾芯智能就专注于高性能3D ToF传感器研发和智能应用算法开发，主攻金融（刷脸）支付、人脸识别智能门锁两大市场，推出了多款高性能RGBD深度相机和3D刷脸支付，3D人脸识别智能门锁整体解决方案。

在此次的发布会上，艾芯智能发布了一套全新的3D ToF人脸识别门锁解决方案 MF1/MF2，以及三款基于炬佑ToF芯片的RGBD相机模组：M3M、M5、T6。

根据艾芯智能公布的资料显示，M3M尺寸为85.5×23.5×18mm（不带安装钢片），最高测量举例可达3m，光源为850nm VCSEL，分辨率为640×480，支持30FPS，视场角为80°*60°，采用USB2.0接口，功耗3.2W。适用于机器人避障、人数统计、体感游戏、安防监控、体积测量等常见应用。

M5尺寸更小，为55×18×10.6mm，光源为940nm VCSEL，探测距离为0.3m-1.2m，分辨率为640×480，支持30FPS，视场角为60°×45°，测量精度为0.1%，测量准度为1%，RGB摄像头分辨率最高可达1920×1080，支持30FPS，采用Micro USB接口。适用于刷脸支付、人脸门禁/门锁、闸机通道等近距离识别场景。另外由于M5本身模组尺寸较小，因此非常适合嵌入式应用。

T6尺寸与M5相近，为59.6mm×17.4mm×10.6mm，参数也比较接近，主要区别在于接口，T6可支持MIPI、I²C接口。并且T6已经适配了RK3399/RK3288/MMTK/高通等主流平台。

艾芯智能CEO方利红告诉芯智讯，针对金融行业，艾芯智能提供的3D ToF小型化模组硬件+活体检测整体解决方案，可以防3D面具攻击。艾芯智能也是国内首家通过BCTC活体检测增强认证的厂商，而且也是国内唯一一家硬件和算法全部自研的厂商。此外，艾芯智能还打通了银联支付渠道，与国内众多的头部POS厂商都有合作。“预计今年的艾芯智能在金融支付这块的销售额可超过一个亿！”

针对智能门锁行业，艾芯智能此次推出的MF1方案尺寸为40×50mm，可支持ToF动态活体检测，可有效避免照片、头模、面具等攻击。视场角支持56.5°（高） * 71.8°（水平）或71.8°（高）* 56.5°（水平） ，可覆盖1.2-1.9m或1.3-1.8m身高范围。

△MF1方案

而MF2方案则是在MF1的基础上整合了屏幕和RGB摄像头，尺寸不变，但由于摄像的方向被固定，所以视场角只支持71.8°（高）* 56.5°（水平） ，可覆盖1.3-1.8m身高范围。工作功耗2.2W左右。

△MF2模组

△基于MF1/MF2方案的3D人脸识别门锁模组

△现场展示的基于艾芯智能MF1方案的3D人脸识别智能门锁

此前央视《每周质量报告》曾多次曝光指纹识别智能门锁以及2D人脸识别门锁被破解的问题。方利红表示，相比指纹门锁和2D的人脸识别门锁，3D人脸识别智能门锁在安全性上要更高。特别是在今年新冠疫情的影响下，无接触式开门成为刚需，2020年头部门锁企业都在加紧推出人脸门锁产品。未来，3D人脸门锁将成为家家户户通用型产品。而目前，艾芯智能也已经与多家TOP10的智能门锁厂商达成合作。

△现场展示的各种类型的ToF模组

另据芯智讯了解，艾芯智能的小型化3D TOF模组也可以适用于手机市场，软硬件已经是ready的。在产品良率和成本方面，目前艾芯智能的3D TOF模组的大规模出货良品率达到了99.5%，目前成本也还有很大的降低空间。

艾芯智能与炬佑智能达成战略合作

在本次发布会上，艾芯智能还与炬佑智能达成了深度的战略合作。未来，双方将发挥各自优势，炬佑继续开发高动态、高感知、高分辨率的ToF传感芯片，艾芯也将深耕于高性能RGBD深度相机、算法方案和整体解决方案，双方将在技术、资源、供应链等多个维度深入合作。

方利红表示，未来3D视觉的应用领域会非常之多，不同的行业会的应用复杂度、优化需求都不尽相同，艾芯智能一家企业不可能吃透所有行业，所以也非常愿意将技术开放，赋能给其他的合作伙伴。此次与3D ToF芯片及系统厂商炬佑智能的合作，将进一步加强双方之间的技术开放，加速方案落地，实现资源共享，推动国产3D ToF产业链的发展。

编辑：芯智讯-浪客剑

注：对于艾芯智能的TOF产品感兴趣的朋友可以联系小编icsmart01。

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