蘋果首次應用ToF深感影像時代正在走來賽迪智庫集成電路研究所

王珺 麻堯斌 馬曉凱

近日，美國蘋果公司在新發布的iPadPro設備中首次應用ToF技術，ToF正式開啟了在iOS和Android兩大陣營的雙行道發展，為3D成像技術帶來前所未有的生態機遇。在5G和人工智能時代的大背景下，ToF技術的廣泛應用為人們帶來便捷的深感影像應用環境，具備3D屬性的深感影像有望快速獲得市場認可。面向正在走來的深感影像肘代，市場參與者也將開辟發展新藍海。

深感影像時代

為什么需要ToF

深感影像是融合了3D成像技術的創新成像方式，通過3D深感攝像頭輔助傳統影像技術進行影像重構，影像信息從二維變成三維，影像體驗環境變得更加真實。巨大的市場潛力讓系統集成商、零組件廠商等紛紛加碼深感影像的研發與應用。面向深感影像信息獲取，市場上較為成熟的光學技術解決方案包括雙目立體視覺法（Ste-reo Vision）、結構光法（Structured Light）和飛行時間法（Time of Flight，ToF）。其中，飛行時間法（ToF）經過技術的不斷完善，具備了成本適中、設備體積小、功耗低、響應速度快、工作距離遠等綜合優勢，在多種技術解決方案中脫穎而出，獲得主流智能終端廠商的追捧。ToF技術采用主動光源獲取3D信息，與傳統攝像頭結合完成3D成像。ToF的3D信息收集過程主要有4個步驟，包括利用光源主動向被攝物體發送紅外光脈沖（形態為面光），使用傳感器接受從物體反射回的紅外光，計算光脈沖的往返飛行時間來測算目標物體的距離，建立物體“z軸”景深信息。由于ToF技術成像分辨率有限，ToF攝像頭不直接參與成像過程，通過與常規攝像頭組合形成完整3D影像。直接飛行時間法（Direa-ToF，dToF）有望成為未來技術發展主流。ToF技術可分為直接飛行時間和間接飛行時間（Indirect-ToF，iToF）兩種。其中，dToF發送的是離散的激光脈沖，可達到超低的占空比，相比iToF更省電，成像速度更快，但是技術壁壘較高、對硬件的要求較高。由于dToF相比iToF在信息快速獲取、抗干擾、成像清晰度等方面具有優勢，伴隨算法技術、硬件設備的不斷成熟與完善，dToF有望成為深感影像技術的主流解決方案。

ToF驅動深感影像成為5G和Al時代典型用例

5G網絡為深感影像應用提供了合適環境，ToF+5G有助于培育應用生態，讓深感影像成為應用剛需。伴隨5G網絡部署的不斷完善，電子設備用戶對低延遲、高帶寬、大容量的應用需求與日俱增，培育適應5G環境的創新型應用迪在眉睫。影像信息傳輸對網絡環境具有天生的高要求，瀏覽視頻影像已成為人們的生活日常，需要更高網絡環境需求的深感影像創新，將成為5G時代視頻消費升級的重要特征，深感影像也將同5G網絡和設備一起快速融入消費者日常生活。在ToF技術的幫助下，個人錄制高清深感影像的成本大幅降低，支持5G網絡、具備ToF攝像頭的手機就可以成為人們錄制和體驗深感影像的終端。在ToF+5G的支持下，人們在不遠的將來就可以體驗到臨其境艘的實時互動傳媒，屆時的視頻娛樂生態也將大不相同。ToF助力人工智能數據收集和算法建設，人工智能場景加速深感影像應用。優化和改善人工智能深度學習算法需要大數據的“訓練”，大數據信息源成為人工智能技術研發企業的“立業之本”。借助于ToF攝像頭，影像信息從二維升級成三維，設備記錄影像信息的精準度隨之提升，大數據信息的收集能力成倍增加。深感影像的應用讓平面信息變得立體，不但提升了數據的收集效率，還增加了信息密度，讓有限時間和空間內收集到的數據就可以滿足使用需求。ToF技術推動興起的深感影像應用為大數據、人工智能的發展提供更加便利的條件，人工智能技術廣闊的使用場景也將推動深感影像應用不斷壯大。

ToF開啟光電行業新藍海。ToF技術的應用不僅有助于提升個人娛樂體驗，未來工作生活的方方面面均可能見到ToF的身影。近期看，ToF技術將快速滲透到個人移動終端中。如果2020年款iPhone手機如市場所料搭載ToF技術，ToF在智能手機中的滲透率有望在2021年從2020年初的約5%提升至20%以上。未來，伴隨ToF技術向中低端智能手機的持續滲透，ToF攝像頭可望成為智能手機標配。此外，伴隨ToF攝像頭價格的走低、測量精度的提升，ToF技術將進一步成為智能支付、智慧家庭等應用場景的優質技術解決方案。在工業、醫療、汽車等領域，由ToF技術帶來的三維動態體驗讓遠程操作變得更加便利，助推相關領域應用的智能化、自動化和實時化。光電行業將從ToF技術獲利，ToF產業鏈容量可望達百億美元。根據意法半導體的數據，公司ToF模塊出貨量在截至2019年11月底的約l8個月時間內達6.5億顆。未來，在ToF技術發散性應用滲透的作用下，ToF模塊年出貨量有望在不遠的將來達到10億顆級別。目前，整套ToF解決方案的應用成本在10美元以上，由此推算百億美元可能只是ToF技術市場的“小目標”。在巨大的應用需求作用下，圖像傳感器、攝像頭模組、鏡頭、VCSEL芯片、濾光片、擴散器等相關零組件廠商將迎來一場“狂歡”，光電行業企業將獲得新的業績增長點。