蘋果MR頭顯Vision Pro被業(yè)界關(guān)注，另有消息稱華為在2024年規(guī)劃2款產(chǎn)品，一個(gè)是與Vision Pro、Quest和PICO方案類似的MR頭顯，預(yù)計(jì)2024年Q3或者Q4發(fā)布；另一個(gè)是與魅族MYVU衍射光波導(dǎo)AR眼鏡類似的產(chǎn)品，發(fā)布時(shí)間晚于MR頭顯。

蘋果和華為入局能否推動(dòng)XR（包括AR、VR、MR）行業(yè)進(jìn)一步發(fā)展？根據(jù)網(wǎng)傳的華為MR調(diào)研顯示，蘋果Vision Pro第一代銷量主要起到“教育”用戶的作用，根據(jù)大致的供貨數(shù)據(jù)顯示大約40多萬臺(tái)，銷量不大的另一個(gè)原因是屏幕供應(yīng)商、索尼的產(chǎn)能不足影響。第二代Vision Pro可能在2025年推出，是一款低配版或標(biāo)準(zhǔn)版，銷量為幾百萬臺(tái)，第三代產(chǎn)品的銷量可能超過千萬臺(tái)。與蘋果MR頭顯類似，華為的第一代頭顯銷量也不會(huì)太大。

XR應(yīng)用培養(yǎng)用戶群體需要良好的產(chǎn)品沉浸式體驗(yàn)，底層硬件不可獲取，其中，ToF（Time of Flight）傳感器是一種比較重要的元器件，影響XR產(chǎn)品的感知和交互功能，下面將介紹ToF傳感器的XR應(yīng)用和主要廠商。

ToF是更適合XR應(yīng)用的3D成像技術(shù)

ToF傳感器在XR應(yīng)用中用于提供精確的深度感知、環(huán)境掃描功能，主要用途包括：

l 空間映射（mapping）和追蹤：幫助MR頭戴設(shè)備創(chuàng)建用戶周圍環(huán)境的3D模型，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的空間定位和6自由度追蹤，使得虛擬內(nèi)容可以準(zhǔn)確地融入現(xiàn)實(shí)世界并與之交互。

l 環(huán)境理解和避障：實(shí)時(shí)感知環(huán)境中物體的位置和形狀，以便系統(tǒng)能夠在安全的距離內(nèi)放置虛擬對象或進(jìn)行交互設(shè)計(jì)，避免用戶碰撞真實(shí)物體。

l 手勢識(shí)別：ToF傳感器可用于捕捉手部動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)無需手持控制器的自然手勢交互。

ToF傳感器的作用之一是3D成像，分別針對空間定位與建模、動(dòng)態(tài)手勢識(shí)別以及對環(huán)境深度信息的全面理解與反應(yīng)。實(shí)際上還有其他2種成像技術(shù)，包括立體視覺（stereo vision）、結(jié)構(gòu)光(structured light)。

圖注：與其他3D成像技術(shù)相比，ToF更適用于3D映射（圖源：Yole）

立體視覺的3D成像分辨率高、精度高、抗強(qiáng)光干擾性強(qiáng)、成本低，但是算法非常復(fù)雜、容易受到環(huán)境因素干擾、依賴環(huán)境光源、暗光場景表現(xiàn)不佳、模組尺寸相對較大等。

結(jié)構(gòu)光有效識(shí)別距離相對較短，模組結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，成像容易受強(qiáng)光干擾，成本也相對較高，但是其通過一次成像就可以得到深度信息，能耗低、成像分辨率高，非常適合對安全級(jí)別要求較高的3D人臉識(shí)別、3D人臉支付等方面的應(yīng)用。

ToF技術(shù)雖然成像精度和深度圖分辨率比結(jié)構(gòu)光低、功耗較高，優(yōu)勢在于識(shí)別距離更遠(yuǎn)，可做到0.4米到5米甚至更遠(yuǎn)的中遠(yuǎn)距離識(shí)別，抗干擾性強(qiáng)，使ToF技術(shù)不僅應(yīng)用于3D人臉識(shí)別、3D建模等方面，還適用于SLAM、手勢識(shí)別、體感游戲、AR/VR等，應(yīng)用更加廣泛。

圖注：iToF和dToF在移動(dòng)終端上design win案例（圖源：Yole）

ToF根據(jù)發(fā)射光源的調(diào)制方式，有iToF和dToF之分。iToF發(fā)射連續(xù)波或短脈沖的調(diào)制近紅外光，并測量反射光的相位差來確定距離。由于相位與光程成正比，因此可以根據(jù)接收到信號(hào)的相位變化計(jì)算出目標(biāo)物體的距離。適合中遠(yuǎn)距離測距，但對環(huán)境光噪聲敏感，需要復(fù)雜的信號(hào)處理算法以消除干擾。dToF發(fā)送的是超短光脈沖，然后精確測量這些脈沖從發(fā)射到接收的時(shí)間間隔，從而直接計(jì)算出絕對距離，其抗干擾能力強(qiáng)，能夠?qū)崿F(xiàn)快速準(zhǔn)確的實(shí)時(shí)深度探測，適用于動(dòng)態(tài)場景。

圖注：傳華為2024年發(fā)布的MR設(shè)備采用的3D傳感器方案，其中dToF未確定是否采用。

主流產(chǎn)品形態(tài)：dToF陣列和多域dToF

ToF產(chǎn)品形態(tài)有dToF Array和dToF Multizone之分，兩者在設(shè)計(jì)和應(yīng)用上存在一定的區(qū)別：dToF Array是一系列并排排列或矩陣排列的多個(gè)dToF傳感器單元，可以獨(dú)立工作或協(xié)同工作，每個(gè)單元都能進(jìn)行單獨(dú)的光脈沖發(fā)射和接收，獲取不同點(diǎn)位的深度信息。優(yōu)勢是能夠提供大范圍或高分辨率的深度數(shù)據(jù)采集，特別適合于需要大面積覆蓋或者需要較高精度的3D掃描、空間感知和物體識(shí)別場景。

圖注：dToF Multizone能更好適應(yīng)復(fù)雜環(huán)境條件，也適用于XR設(shè)備和無人機(jī)導(dǎo)航，但實(shí)際ToF產(chǎn)品形態(tài)取決于功耗和成本等具體需求

dToF Multizone是單個(gè)dToF傳感器被劃分為多個(gè)區(qū)域，雖然物理上可能仍然是一個(gè)整體，但功能上卻能實(shí)現(xiàn)多區(qū)域獨(dú)立操作。每個(gè)區(qū)域可能會(huì)有不同的光源發(fā)射策略（例如不同的波長或強(qiáng)度）以及各自的接收器來處理反射信號(hào)。調(diào)整各個(gè)區(qū)域的工作參數(shù)，dToF Multizone技術(shù)可以更好地適應(yīng)復(fù)雜的環(huán)境條件，比如減小干擾、區(qū)分距離相近或材質(zhì)不同的目標(biāo)，并且可以在單個(gè)硬件模塊上實(shí)現(xiàn)更精細(xì)化的距離測量，提高系統(tǒng)抗干擾能力和測距準(zhǔn)確性。

總結(jié)來說，dToF Array強(qiáng)調(diào)的是多個(gè)傳感器單元的集成和同時(shí)工作以提高空間分辨率或覆蓋面積，而dToF Multizone則是在單一傳感器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)分區(qū)控制和優(yōu)化，目的是增強(qiáng)對復(fù)雜環(huán)境和多種目標(biāo)的適應(yīng)性及測量精準(zhǔn)度。

圖注：海外ToF主要廠商

圖注：國內(nèi)ToF芯片/模組廠商
ToF傳感器產(chǎn)品示例ADI：提供全面的ToF產(chǎn)品和方案

ADI提供各種ToF產(chǎn)品和解決方案，包括高分辨率CMOS成像芯片（1MP）、深度計(jì)算和毫米級(jí)精度處理、激光驅(qū)動(dòng)器和電源管理，以及有助于快速實(shí)施ToF和iToF解決方案的開發(fā)工具和軟件/固件。

產(chǎn)品示例：結(jié)合ADTF3175 ToF模塊和ADSD3500 ToF深度圖像信號(hào)處理器，為深度相機(jī)提供完整的解決方案。

艾邁斯歐司朗：業(yè)界唯一擁有3種3D成像技術(shù)的廠商

艾邁斯歐司朗是目前唯一擁有3D傳感三種主流技術(shù)（結(jié)構(gòu)光、雙目立體視覺和ToF）的傳感器領(lǐng)導(dǎo)廠商，可提供更小尺寸、低功耗、高精度的整體解決方案。其新的3D dToF系統(tǒng)將高功率VCSEL、點(diǎn)陣光學(xué)系統(tǒng)和高靈敏度SPAD等一流技術(shù)組合在一起，準(zhǔn)確測量場景中各物體的景深，并轉(zhuǎn)換為精確的場景重建，讓虛擬現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)更具身臨其境的真實(shí)感。

產(chǎn)品示例：紅外OSLON?黑色系列SFH 4715S/ 4715AS和SYNIOS?系列等，提供紅外照明光源，可以最大程度確保虛擬現(xiàn)實(shí)3D場景體驗(yàn)的流暢性。

英飛凌：擁有400多項(xiàng)ToF專利

自2015年宣布在消費(fèi)領(lǐng)域推出第一代的ToF產(chǎn)品至今，英飛凌在ToF領(lǐng)域已經(jīng)有400多項(xiàng)專利。英飛凌ToF技術(shù)在強(qiáng)光情況下能較好規(guī)避太陽光干擾，SBI專利技術(shù)能去掉不需要的光信息，讓有效的光信息通過，在強(qiáng)光下能得到比較好的物體深度信息。

產(chǎn)品示例：英飛凌REAL3? ToF 3D技術(shù)可以用于機(jī)器人移動(dòng)時(shí)對整個(gè)場景的建圖、定位,實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)避障，并給上層的路徑規(guī)劃算法，提供更多數(shù)據(jù)輸入。

芯視界：自研單光子dToF芯片性能遠(yuǎn)超索尼

芯視界研發(fā)單光子直接ToF（SPAD dToF）技術(shù)和應(yīng)用，擁有芯片級(jí)的光電轉(zhuǎn)換器件設(shè)計(jì)和單光子檢測成像技術(shù)，主營基于單光子探測的一維和三維ToF傳感器。產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于掃地機(jī)、無人機(jī)、手機(jī)、AR/VR和自動(dòng)駕駛激光雷達(dá)等。

產(chǎn)品示例：單光子探測技術(shù)的3D ToF深度傳感器—VI4331，該傳感器分辨率高達(dá)240×96，支持水平120度廣視場角，擁有30fps高幀率，適用于掃地機(jī)室內(nèi)建模與避障、行為檢測、安檢監(jiān)控等。

聚芯微：累計(jì)出貨3億顆芯片

聚芯微自研3D ToF芯片和光學(xué)感知芯片。其3D ToF芯片具有比較先進(jìn)的近紅外增強(qiáng)NIR+、低噪聲信號(hào)鏈、低功耗數(shù)字電路設(shè)計(jì)。截止2023年，聚芯微已累計(jì)出貨超3億顆。

產(chǎn)品示例：BSI 5um VGA iToF 傳感器，已獲主流手機(jī)客戶訂單并量產(chǎn)。此外，3D dToF圖像傳感器芯片SIF7010是其第一款3D堆疊dToF，小尺寸、低成本、低功耗，可實(shí)現(xiàn)更好的全場景Auto-Focus、背景虛化人像模式、電影模式等，適用于場景建模和AR/VR應(yīng)用。

審核編輯 黃宇