根據(jù)HIS Markit機(jī)構(gòu)2018年對ToF傳感器市場份額的預(yù)測，2020年ToF傳感器在智能手機(jī)領(lǐng)域的市場份額將達(dá)到大約6.2億美元。隨著ToF應(yīng)用場景的增多，從2021年到2022年，ToF傳感器在智能手機(jī)的份額將從6.8億美元下降到6.3億美元，但智能手機(jī)市場仍然占據(jù)最大版圖。

為何ToF技術(shù)在手機(jī)領(lǐng)域如此受歡迎？除了智能手機(jī)，ToF技術(shù)是否還有更多應(yīng)用潛力，與3D感知緊密結(jié)合的AR和VR是否會(huì)成為ToF發(fā)展的新風(fēng)口呢？

智能手機(jī)的ToF，從檢測走向感知

想要解答ToF技術(shù)為何在手機(jī)領(lǐng)域如此受歡迎，就要先了解ToF技術(shù)在手機(jī)上應(yīng)用有哪些。

炬佑智能創(chuàng)始人兼CEO劉洋在接受采訪時(shí)表示，ToF在智能手機(jī)上的應(yīng)用有主要有三個(gè)，一是包括人臉識(shí)別在內(nèi)的活體識(shí)別，能夠幫助改進(jìn)支付方式；二是手機(jī)攝影優(yōu)化，特別是能夠通過更精準(zhǔn)地判斷景深程度提升整個(gè)照片的效果；三是伴隨VR和AR的發(fā)展，具有良好感知能力的ToF能夠幫助手機(jī)提供相應(yīng)的深度信息。

ToF技術(shù)面向智能手機(jī)的應(yīng)用已經(jīng)發(fā)展一段時(shí)間。早在2014年，ToF技術(shù)就用在智能手機(jī)前置距離傳感器上，通過發(fā)射端主動(dòng)發(fā)出光子，遇到障礙物時(shí)返回至接收端接收，主要應(yīng)用于單點(diǎn)的光學(xué)測距，即主要在自動(dòng)對焦、接近檢測等方面發(fā)揮作用。

直到2017年，iPhone X前置結(jié)構(gòu)光模組開啟了3D成像時(shí)代，其他手機(jī)廠商爭相追逐，應(yīng)用于3D感知的ToF產(chǎn)業(yè)鏈得以發(fā)展。根據(jù)劉洋的介紹，作為產(chǎn)業(yè)鏈的一環(huán)，炬佑智能基本上同國外一些做體外3D感知的公司同時(shí)發(fā)展，如今已經(jīng)發(fā)展成一家在ToF芯片、產(chǎn)品和系統(tǒng)都可以量產(chǎn)落地的公司，提供智能傳感產(chǎn)品和解決方案。逐漸完善的產(chǎn)業(yè)鏈讓ToF技術(shù)的應(yīng)用打破接近測距的局限，過渡到3D感知。

事實(shí)上，3D成像和傳感器模組包括ToF、雙目測距和結(jié)構(gòu)光三種關(guān)鍵技術(shù)。雙目測距是模仿人眼的2個(gè)2D傳感器組合在一起，需要兩個(gè)以上的攝像頭，軟件復(fù)雜度高且精度好，但速度慢幾乎不用于消費(fèi)電子領(lǐng)域。

iPhone X所推出的結(jié)構(gòu)光技術(shù)通過紅外光將大約3萬個(gè)點(diǎn)陣投射到物體上，用數(shù)量龐大的點(diǎn)陣得到物體的深度信息，精度高但有效距離有限，因此適合手機(jī)刷臉支付。

而ToF技術(shù)通過光源的飛行時(shí)間測量深度信息，軟件集成度更低且速度更快，比結(jié)構(gòu)光的材料成本低，盡管其精度遜與結(jié)構(gòu)光，但也能夠滿足人臉識(shí)別所需要的精度，高速度和低價(jià)格使其廣受手機(jī)廠商的歡迎。

“從長遠(yuǎn)來看，相比于其他支持3D感知的核心技術(shù)而言，ToF技術(shù)的性價(jià)比更高。”劉洋說道。這就意味著，ToF技術(shù)的應(yīng)用不局限于景深，隨著3D感知在市場上的發(fā)展，ToF將釋放出更大的潛力。

從景深到AR和VR，技術(shù)難題只是第一步

根據(jù)Markets and Markets的數(shù)據(jù)顯示，2019年全球AR市場規(guī)模達(dá)到107億美元，預(yù)計(jì)到2024年將達(dá)到727億美元，復(fù)合增長率達(dá)46.6%。另外，預(yù)計(jì)中國AR市場規(guī)模在2024年達(dá)到59億美元。

劉洋認(rèn)為，“在5G時(shí)代，AR、VR開始起步，不論是AR、VR應(yīng)用所需的空間信息，還是三維信息，ToF都是最有效的核心技術(shù)，也是AR應(yīng)用的最佳選擇。了解到，對于AR應(yīng)用，響應(yīng)速度是關(guān)鍵指標(biāo)之一，當(dāng)從人的前庭感到運(yùn)動(dòng)到眼睛看到相應(yīng)圖像的時(shí)間差超過20ms時(shí)，人就會(huì)感到暈眩，除去顯示和系統(tǒng)計(jì)算的時(shí)間，攝像頭成像時(shí)間需要低于10ms。上文提到，在三種關(guān)鍵的3D感知技術(shù)中，ToF的速度最快，因此是AR應(yīng)用的最佳選擇。這也意味著，隨著AR應(yīng)用市場規(guī)模的增長，核心技術(shù)ToF也會(huì)隨之增長。

不過，面向AR應(yīng)用，ToF也面臨一些技術(shù)難題，其中最主要的是AR應(yīng)用依靠動(dòng)態(tài)的體驗(yàn)，因此需要在高動(dòng)態(tài)的場景下實(shí)現(xiàn)ToF 性能。5G時(shí)代，ToF技術(shù)的功耗控制面臨更高的需求。

“多機(jī)干擾、多路徑干擾、實(shí)時(shí)顯示的高速動(dòng)態(tài)追蹤速度等等都是ToF的一些技術(shù)難題，但VR、AR的范圍很廣，需要針對具體的應(yīng)用去做解決方案。面對這些ToF的技術(shù)難題，炬佑智能有很多解決方案，包括芯片級(jí)、硬件層面以及軟件算法。例如面對多機(jī)多路徑干擾問題，炬佑智能有自己獨(dú)特的算法，可以支持上百個(gè)機(jī)器同時(shí)在一個(gè)區(qū)間得以應(yīng)用。”劉洋說，針對ToF的技術(shù)難題，已經(jīng)擁有基本的算法和方案，但是需要根據(jù)具體的VR、AR應(yīng)用進(jìn)一步優(yōu)化。

在功耗方面，炬佑智能也有intuitive TOF的系統(tǒng)技術(shù)，可以根據(jù)場景動(dòng)態(tài)控制傳感器和發(fā)光部分，降低ToF 系統(tǒng)的功耗。

劉洋還提到，ToF的這些技術(shù)難題并不是VR和AR發(fā)展的瓶頸，相對而言，更難的是VR和AR本身所需的顯示技術(shù)以及應(yīng)用場景的開發(fā)。

ToF與AR，將在互相匹配中發(fā)展

既然ToF是AR、VR的核心技術(shù)之一，也沒有所謂的“技術(shù)瓶頸”，那么AR和VR會(huì)成為ToF技術(shù)的下一個(gè)風(fēng)口嗎？劉洋認(rèn)為，AR、VR需要3D感知技術(shù)，ToF作為最適合實(shí)現(xiàn)AR、VR的3D 感知技術(shù)必然會(huì)隨著VR和AR的發(fā)展而發(fā)展。除此之外，物聯(lián)網(wǎng)連接、智能家居、機(jī)器人等需要3D感知的產(chǎn)品也都是ToF的發(fā)展方向。

劉洋還表示，“與其說AR、VR給ToF技術(shù)帶來發(fā)展機(jī)遇，不如說兩者是互相促進(jìn)的關(guān)系，AR、VR的產(chǎn)品還不完善，尚未形成固定的技術(shù)系統(tǒng)，因此針對VR、AR產(chǎn)品的ToF技術(shù)在解決技術(shù)難題時(shí)，也沒有固定的解決方案，需要根據(jù)具體的場景調(diào)整解決方案。例如集成在手機(jī)上的ToF 需要同周邊的傳感器攝像頭匹配，更注重拍攝效果，而集成在眼鏡里的ToF則更注重定位需求。”

雖然AR、VR的產(chǎn)品尚未成熟，但已有不少ToF技術(shù)與其結(jié)合落地的案例。在AR方面，率先使用dToF 的iPad Pro還能夠用來進(jìn)行AR測量、AR游戲與AR裝修設(shè)計(jì)。劉洋表示，在炬佑智能的合作廠商中，已有廠商做出3D平板，通過跟蹤人的頭部范圍，做出相應(yīng)的改變。另外在VR方面，也已有實(shí)現(xiàn)VR的眼鏡和頭盔，通過計(jì)算周邊的景深數(shù)據(jù)確定方位。

另外，需要注意的是，由于VR通常是在封閉的虛擬空間中進(jìn)行的，AR并不要求封閉的空間，而是將虛擬與現(xiàn)實(shí)相結(jié)合，因此對終端用戶而言，后者的應(yīng)用范圍更加廣泛。這意味著，相比VR，AR帶給ToF 的機(jī)遇更大。

小結(jié)

總的來說，ToF與AR、VR是在互相匹配中發(fā)展的，AR和VR有更加光放的應(yīng)用場景時(shí)，相應(yīng)地，ToF也就有了更多的發(fā)展機(jī)會(huì)。可能當(dāng)AR和VR的技術(shù)系統(tǒng)固定時(shí)，就是ToF在VR、AR領(lǐng)域全面爆發(fā)之時(shí)。
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