松下電器：為什么要獲取3D信息 ToF的定義和基本原理

　　vivo NEX雙屏版手機(jī)曾大受歡迎，?NEX雙屏版除了驚艷的外觀，這款手機(jī)還搭載了許多“黑科技”。特別是攝像功能，除了兩枚高像素光學(xué)攝像頭外，還搭載了ToF 3D立體攝像頭模塊，實(shí)現(xiàn)了零光感人臉識(shí)別、面部建模美顏的功能。

　　3D立體攝像方案已經(jīng)是目前旗艦手機(jī)的標(biāo)配了。蘋果、華為、小米、OPPO、vivo等手機(jī)大廠都在自家的高端手機(jī)上配置了相應(yīng)的功能。如同當(dāng)年指紋識(shí)別一樣，各大廠商摩拳擦掌，不甘落后。

　?、?為什么要獲取3D信息

　　我們知道，手機(jī)攝像頭技術(shù)發(fā)展迅速，從功能機(jī)時(shí)代的10萬、30萬像素，發(fā)展到目前普遍的千萬級(jí)像素，不過短短十來年。而隨著分辨率越來越接近肉眼的極限，一味追求高像素的意義不大。因此出現(xiàn)了獲取拍攝對象3D信息的需求。

　　其實(shí)獲取物體3D信息的技術(shù)很早已經(jīng)出現(xiàn)。主要是在工業(yè)上的應(yīng)用。近年來，隨著移動(dòng)處理器、軟件技術(shù)、AI技術(shù)的發(fā)展，使手機(jī)端實(shí)現(xiàn)3D信息的處理成為可能。

　　面部3D特征是最初的應(yīng)用領(lǐng)域。通過每個(gè)人不同的面部3D信息，可以識(shí)別唯一的身份，再進(jìn)行解鎖、支付等操作。就是我們常說的“刷臉”。　　

　　另外，還可以獲得手機(jī)用戶的面部3D模型，大大增強(qiáng)了照片的后期處理能力。實(shí)現(xiàn)補(bǔ)光、虛化、旋轉(zhuǎn)等功能，獲得比單純平面圖像更好的效果。

　　從平面到3D的升維轉(zhuǎn)變，帶來了無限的可能性。

　　② 獲取3D信息的方法

　　限制于體積和功率，我們這里只討論在手機(jī)上獲取物體3D信息的幾種主流方法。

　　結(jié)構(gòu)光方案

　?。⊿tructured Light）

　　投射特定的光信息到物體表面后再由攝像頭采集。根據(jù)物體造成的光信號(hào)的變化來計(jì)算物體的位置和深度等信息，進(jìn)而復(fù)原整個(gè)三維空間。

　　ToF 3D

　?。?a target="_blank">Time Of Flight，時(shí)差測距技術(shù)）

　　通過給目標(biāo)連續(xù)發(fā)送光脈沖，然后用傳感器接收從物體返回的光，通過探測光脈沖的飛行（往返）時(shí)間來判斷目標(biāo)物距離。

　　雙目立體成像方案

　　（Stereo System）

　　利用雙攝像頭拍攝物體，再通過三角形原理計(jì)算物體距離。

　　以上是目前三種主流的獲取3D信息的方法。幾大手機(jī)廠商使用的方案都在其中。比如蘋果的iphoneX就是使用結(jié)構(gòu)光方案來實(shí)現(xiàn)Face ID的。相對來說，結(jié)構(gòu)光的方案是比較成熟的，而此次vivo的新機(jī)為什么選擇ToF方案呢？

　?、?ToF的定義和基本原理

　　ToF是Time of Flight的縮寫，直譯為飛行時(shí)間，通過給目標(biāo)連續(xù)發(fā)送光脈沖，然后用傳感器接收從物體返回的光，通過探測這些發(fā)射和接收光脈沖的飛行（往返）時(shí)間來得到目標(biāo)物距離。

　　1.原理

　　通過上圖可以知道，通過一個(gè)光脈沖發(fā)射和接收的時(shí)間差，來確定被測物體相對ToF模塊的距離。每一次脈沖可以得到一個(gè)ToF傳感器一個(gè)像素的深度數(shù)據(jù)。

　　2.數(shù)據(jù)

　　基于ToF的原理，能夠直接得到被測物體的距離信息，而不需要復(fù)雜的算法和程序?！　?/p>

　　④ ToF的優(yōu)勢

　　這里將三種方法放在一個(gè)表中進(jìn)行比較。

　　下面列舉幾個(gè)主要的性能參數(shù)：

　　可以看到ToF在幾個(gè)關(guān)鍵性能上保持了領(lǐng)先位置。特別是光照影響和幀率，確保讓大家可以全天候隨時(shí)美顏?zhàn)耘?，即使是高速運(yùn)動(dòng)中的對象也不在話下。

　?、?松下ToF傳感器的特點(diǎn)

　　松下作為元器件大廠，在半導(dǎo)體芯片、傳感器、被動(dòng)元器件等領(lǐng)域有深厚的底蘊(yùn)和技術(shù)實(shí)力。而在ToF傳感器方面，松下早在2014年前就進(jìn)行了產(chǎn)品開發(fā)。積累了豐富的開發(fā)經(jīng)驗(yàn)。

　　針對ToF產(chǎn)品的特點(diǎn)，松下不斷改進(jìn)工藝、縮小尺寸，增加精度，開發(fā)了多款高性能ToF傳感器產(chǎn)品。

　　1.高精度

　　2.增強(qiáng)的紅外光像素

　　適用940nm波長的紅外光，使松下ToF傳感器在日光下有更好的成像品質(zhì)。

　　3.高速全域快門

　　高速全域快門提供了更窄、更優(yōu)異的脈沖電荷（請參考原理部分的S0、S1參數(shù)），能夠獲得更高精度的3D數(shù)據(jù)

　?、?ToF的應(yīng)用場景

　　除了面部建模應(yīng)用之外，ToF相機(jī)進(jìn)一步解放人的雙手，革命性地改善了人機(jī)交互的方式，讓機(jī)器對周圍的三維空間有了感應(yīng)和互動(dòng)。

　　看完了這篇ToF傳感器的介紹，相信您已經(jīng)對松下ToF傳感器有了初步的了解。通過工藝和元器件的進(jìn)步，在不久的將來會(huì)出現(xiàn)體積更小、精度更高的傳感器，在更多場景中發(fā)揮作用。