關(guān)于3D圖像傳感器的性能分析和介紹

春天到了，最開心的事情莫過于春游。事實(shí)上，AR / VR游戲產(chǎn)業(yè)正通過諸多靈活功能進(jìn)行創(chuàng)新，激勵(lì)用戶探索其慣常工作區(qū)以外的領(lǐng)域。想象一下，春游時(shí)帶上游戲設(shè)備：將戶外游戲與出色的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)體驗(yàn)相結(jié)合，這樣的體驗(yàn)豈非很贊？而所需要的只是一部智能設(shè)備而已。

AR游戲之應(yīng)用要求及挑戰(zhàn)

六大挑戰(zhàn)

（1）在手機(jī)AR游戲應(yīng)用中，用戶在場景中隨機(jī)移動，因此，虛擬世界和現(xiàn)實(shí)世界的相對深度值變化很快。3D攝像頭暴露在不同的環(huán)境條件下，比如從明亮的光照環(huán)境到完全黑暗，以及具有不同特征的環(huán)境。在現(xiàn)實(shí)世界中，場景條件并不總是理想的，有時(shí)會出現(xiàn)錯(cuò)誤或拍攝到的圖像出現(xiàn)偽影。場景引入的偽影主要與場景中的環(huán)境照明、硬陰影、各元素的反射屬性或幾何屬性及其空間配置有關(guān)。

（2）手機(jī)AR技術(shù)的另一個(gè)挑戰(zhàn)來自多用戶場景，即多個(gè)攝像頭在同一空間同時(shí)工作。具有相似調(diào)制頻率和重疊視野的深度攝像頭可能相互干擾，因?yàn)樗鼈児蚕硗活l段。來自兩個(gè)或更多攝像頭的光信號疊加產(chǎn)生一個(gè)移位相位（假設(shè)調(diào)制頻率相同）、引發(fā)干擾，并使正確的模式識別失效。

（3）機(jī)械健壯性（mechanical robustness）是手機(jī)嵌入深度攝像頭需考慮的另一相關(guān)因素。在手機(jī)游戲應(yīng)用中，玩家將不可預(yù)測地穿越地形，設(shè)備掉落、碰撞、沖擊和振動的風(fēng)險(xiǎn)會增大，這可能會使工廠的攝像頭標(biāo)定失效，或?qū)е聶C(jī)械故障。

（4）在實(shí)施激光照明的3D攝像頭系統(tǒng)中，激光安全性是一個(gè)值得關(guān)注的問題。在不考慮激光安全性的情況下，大功率照明會對最終用戶的眼睛造成傷害，灼傷皮膚。因此，這個(gè)問題要求系統(tǒng)設(shè)計(jì)者、特別注意相應(yīng)的應(yīng)用安全規(guī)定和關(guān)注的目標(biāo)市場。

（5）在保持手持設(shè)備尺寸的同時(shí)、屏幕卻越來越大，這給設(shè)計(jì)師提出了一個(gè)挑戰(zhàn)，即如何在手機(jī)電路板的小小空間容納所有功能。

小巧的REAL3 圖像傳感器將AR技術(shù)融入智能手機(jī)

（6）電池使用時(shí)間是用戶關(guān)注的問題，也是手持設(shè)備設(shè)計(jì)的主要考慮因素之一。雖然以最低功耗穩(wěn)定運(yùn)行是智能手機(jī)和可穿戴設(shè)備的必備條件，但每一代新手機(jī)都增加了諸多功能，需要處理器速度更快、更加智能，從而耗電更多。

搭載REAL3的解決方案

顯然，3D飛行時(shí)間（ToF）攝像頭可以為AR / VR游戲增添更多的真實(shí)感、準(zhǔn)確的沉浸感和一定程度的細(xì)節(jié)，這是其他系統(tǒng)（如2D攝像頭）無法提供的。利用強(qiáng)大的算法，配合專門用于在各種環(huán)境條件下準(zhǔn)確獲取深度信息的ToF攝像頭，是解決偽影問題的最佳組合。

特別適用于具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境，構(gòu)成ToF攝像頭的REAL3 圖像傳感器由英飛凌與pmd共同開發(fā)，其采用獲得專利的SBI（背景干擾抑制）技術(shù)，相比傳統(tǒng)的ToF技術(shù)而言，動態(tài)距離擴(kuò)大2倍，針對陽光影響因素的穩(wěn)定性表現(xiàn)增強(qiáng)20倍。這項(xiàng)技術(shù)使攝像頭能夠在明亮的陽光、絕對黑暗等所有光線條件下有最佳表現(xiàn)，而并不顯著依賴于材料反射。REAL3對環(huán)境和照明條件的限制最少，能夠降低噪聲并降低功耗[1]，而不會隨時(shí)間推移影響性能。

[1]注:一些克服陽光影響的技術(shù)是基于增大紅外照明功率，而這種情況并非如此。

與實(shí)際用例無關(guān)，得益于應(yīng)用于紅外光的擴(kuò)頻時(shí)鐘（SSC）調(diào)制，英飛凌REAL3圖像傳感器系列對多設(shè)備干擾具有很強(qiáng)的抗擾性。

同時(shí)，REAL3能實(shí)現(xiàn)簡單而強(qiáng)大的攝像頭模塊設(shè)計(jì)。除通常的外設(shè)[SPI / I2C存儲器、電源、連接器]外，集成傳感器產(chǎn)品的攝像頭將只有兩個(gè)主要組件：REAL3圖像傳感器和照明電路[VCSEL驅(qū)動器、眼睛安全電路、溫度傳感器]，這些組件之間不需要任何機(jī)械基線。因而，其結(jié)果就是一個(gè)非常小的攝像頭模塊(只有11×7×4毫米)，具備集成于手機(jī)的高度靈活性，并有快速的(不到10秒)工廠內(nèi)壽命標(biāo)定程序。

基于ToF技術(shù)的英飛凌REAL3 圖像傳感器應(yīng)用框圖

相比之下，結(jié)構(gòu)光等其他技術(shù)需要攝像頭和投影儀之間的基線。基線的存在意味著很大的空間需求、較低的機(jī)械穩(wěn)定性和穩(wěn)健性，并且設(shè)計(jì)靈活性有很大局限。在基于結(jié)構(gòu)光的攝像頭中，由于機(jī)械不穩(wěn)定性導(dǎo)致的標(biāo)定降級風(fēng)險(xiǎn)增大，可能會出現(xiàn)產(chǎn)量損失甚至現(xiàn)場退貨等后果。

此外，REAL3 圖像傳感器包括一個(gè)集成式眼睛安全電路。眼睛安全電路使紅外光系統(tǒng)能在所有可預(yù)見的操作條件下都是安全的。較之外部眼睛安全電路，這個(gè)概念具有顯著優(yōu)勢：減少BOM用料，并且對于每個(gè)用例可以選擇針對曝光時(shí)間限制的不同設(shè)置。

在AR游戲中，團(tuán)隊(duì)合作更有趣：REAL3 對多設(shè)備干擾具有很強(qiáng)的抗擾性，因此AR世界可以同時(shí)成為多個(gè)玩家的游戲場地。當(dāng)然，英飛凌REAL3 的優(yōu)點(diǎn)還有：

①憑借REAL3傳感器陣列，可以在幾微秒內(nèi)拍攝3D圖像，從而實(shí)時(shí)捕獲移動場景。

②憑借其支持抑制背景照明的專利技術(shù)，REAL3支持?jǐn)z像頭在所有環(huán)境光線條件下部署。這個(gè)屬性在戶外AR游戲中非常重要（戶外游戲是年輕人當(dāng)中的最新趨勢）。

③此外，可靠校準(zhǔn)（設(shè)備整個(gè)生命周期僅一次！）以及低功耗、集成的激光安全性和最小的空間要求使REAL3成為手機(jī)深度攝像頭的理想傳感器解決方案。