被蘋果手機(jī)首發(fā)搭載之后，dTOF或全面進(jìn)入無人機(jī)市場！

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李彎彎）近幾年，中國無人機(jī)市場快速發(fā)展，目前無人機(jī)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于航拍、農(nóng)業(yè)、植保、微型自拍等領(lǐng)域，數(shù)據(jù)顯示，2015-2020年，我國民用無人機(jī)市場整體規(guī)模從24億元預(yù)計增長到361億元，年復(fù)合增長率為72%。

消費(fèi)級無人機(jī)市場的爆發(fā)使得無人機(jī)的影響力不斷提高，電力、農(nóng)業(yè)等行業(yè)相繼研究無人機(jī)在各自行業(yè)應(yīng)用的可能性，帶動工業(yè)級無人機(jī)市場增速加快，2019年，我國工業(yè)無人機(jī)市場規(guī)模超58億元，預(yù)計2021年行業(yè)規(guī)模將超89億元。

近日馬來西亞丁加奴州警方動用無人機(jī)在公共場所識別人群中體溫異常的人更是引起了不少關(guān)注。據(jù)新加坡亞洲新聞臺報道，無人機(jī)能在離地面20米的空中監(jiān)測人體體溫，一旦發(fā)現(xiàn)體溫超過37.5攝氏度的情況，無人機(jī)就會發(fā)出紅光，執(zhí)法人員將據(jù)此前往現(xiàn)場確認(rèn)體溫異常者。

無人機(jī)在高空飛行，需要用到傳感技術(shù)進(jìn)行測距定高、避障防撞、定位&建模（SLAM）、手勢/物體識別等，比如避障，無人機(jī)通過其傳感器收集周邊環(huán)境的信息，測量距離從而做出相對應(yīng)的動作指令，從而達(dá)到避障的作用，無人機(jī)安全飛行離不開傳感，那么哪些傳感技術(shù)更適合應(yīng)用在無人機(jī)上？


無人機(jī)避障多采用雙目、dTOF傳感

安森美半導(dǎo)體高級技術(shù)經(jīng)理張厚新此前在某個活動上介紹，無人機(jī)避障如果采用攝像頭的話，多是采用雙目的形式，比較多選擇用全局快門圖像傳感器。

全局快門相較于傳統(tǒng)的卷簾快門，全局快門可以消除運(yùn)動帶來的果凍效應(yīng)，同時全局快門還可以高效的和LED Flash配合，節(jié)省電力消耗。

安森美有多款適用于無人機(jī)避障的圖像傳感器，包括ARX383、AR0135、AR0144、AR0234、ARX3A0，其中目前國內(nèi)用得比較多的是AR0144。另外安森美今年新推出一款VGA產(chǎn)品ARX383，可以跑120幀，光學(xué)尺寸只有1/8寸，適用于對價格較為敏感的無人機(jī)產(chǎn)品。

另外dTOFSensor也適合用于無人機(jī)避障，安森美目前也有比較多出貨。dTOF的基本原理是，通過單發(fā)激光脈沖計算光子達(dá)到的時間，用于深度測量。不過問題是，如果只用一次脈沖的話，信噪比、干擾會比較多，可能出現(xiàn)發(fā)射出去，接收不回來。因此還可以采用多脈沖發(fā)射，具有更好的信噪比、可以測更遠(yuǎn)的具體，能夠更精準(zhǔn)的得到距離信息。

安森美主要采用的是SPAD，即硅單光子雪崩二極管，是一種具有單光子探測能力的光電探測雪崩二極管，同時安森美還有SIPM技術(shù)，即光電倍增管，大致的方式是將單個SPAD并聯(lián)，形成矩陣的形式，這樣可以實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)的測距。

張厚新談到，安森美可以提供包括單點(diǎn)、線陣以及面陣的產(chǎn)品，線陣的產(chǎn)品比如有1*12、1*16，不僅可以用在無人機(jī)上，還可以用在醫(yī)療和放射市場，以及LiDAR市場。


dTOF全面覆蓋無人機(jī)的五大深度傳感應(yīng)用方向

現(xiàn)在很多無人機(jī)越來越先進(jìn)，搭載各種先進(jìn)的攝像頭和傳感器，靈明光子聯(lián)合創(chuàng)始人賈捷陽認(rèn)為，dTOF傳感是無人機(jī)的第三只眼，這種真正深度傳感器開始普及之后，會讓未來的無人機(jī)更加智能、更加智慧。

靈明光子成立于2018年，專注于用SPAD技術(shù)設(shè)計先進(jìn)的dTOF傳感器，公司在手機(jī)、汽車、IoT領(lǐng)域做了非常多探索，在無人機(jī)領(lǐng)域也有很多客戶，成立到現(xiàn)在已經(jīng)推出多款量產(chǎn)產(chǎn)品。

深度傳感器包括多種類型，在無人機(jī)上的應(yīng)用簡單來說就是測距，大概有五大應(yīng)用方向，包括測距定高、避障防撞、攝像自動對焦、定位&建模（SLAM）、識別&增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。不同的應(yīng)用方向?qū)鞲衅鞯男枨笠采杂胁煌?br />

深度傳感器的類型有超聲波、毫米波雷達(dá)、多目攝像頭、結(jié)構(gòu)光、間接飛行時間(iTOF）和直接飛行時間（dTOF），其中超聲波、毫米波雷達(dá)是目前無人機(jī)較為常見的搭載方式，多目攝像頭也很常見，尤其是應(yīng)用在消費(fèi)級無人機(jī)上實(shí)現(xiàn)避障。

這些方法各有優(yōu)劣，比如超聲波有一個很大的優(yōu)點(diǎn)就是便宜，毫米波雷達(dá)可以測得更遠(yuǎn)，雙目攝像頭對硬件系統(tǒng)要求簡單，不需要先進(jìn)的傳感器，結(jié)構(gòu)光的精度更高，iTOF和dTOF都適用于遠(yuǎn)距離測距，其中間接飛行時間分辨率會更高。

賈捷陽認(rèn)為，上述這些深度傳感器在無人機(jī)以外的消費(fèi)類產(chǎn)品中都各有優(yōu)勢，比如手機(jī)，但是用在無人機(jī)上的話，dTOF不一定是全面最優(yōu)的，但卻是綜合性能最好的，比如測距距離不如毫米波，但卻比毫米波成本更低、體積更小。

再比如在測距精度上，在某些固定距離，與結(jié)構(gòu)光相比，結(jié)構(gòu)光只能看一個固定距離，沒法從0m測到10m-20m，但dTOF可以在精度略遜于結(jié)構(gòu)光的情況下，測從10m到20m；同時dTOF在體積和功耗方面也極具優(yōu)勢。

另外雖然分辨率略遜于iTOF和雙目，無人機(jī)對分辨率的要求并沒有那么高，并不需要VGA、1080p這么高分辨率的3D圖像，因此賈捷陽表示，我們認(rèn)為dTOF未來會是無人機(jī)方面最重要、最好的深度傳感解決方案。

dTOF的產(chǎn)品形態(tài)大概有三類，單點(diǎn)測距、散點(diǎn)測距和面陣成像。dTOF有兩種工作模式，MPPC工作模式，硅光子倍增管SiPM，也就是把多個SPAM并聯(lián)的模式，特點(diǎn)是模擬輸出，單點(diǎn)或線陣測距，測距能力強(qiáng)，可以達(dá)到100m以上，后端電路簡單，適用于激光雷達(dá)、測距儀等。TCSPC工作模式，單光子圖像傳感器SPADIS，特點(diǎn)是數(shù)字輸出，面陣成像或散點(diǎn)測距，測距能力弱，后端電路負(fù)責(zé)，適用于3D攝像頭。

據(jù)賈捷陽介紹，在硅光子倍增管產(chǎn)品SiPM上，靈明光子擁有全球光子探測效率最高的SPAD產(chǎn)品，905nm是高到25%，因?yàn)椴捎昧宋⑼哥R、BSI、光子捕捉等先進(jìn)技術(shù)；在單光子圖像傳感器SPADIS方面，國際先進(jìn)的SPADIS產(chǎn)品，有80*60、160*120等，產(chǎn)品采用國際最先進(jìn)的3D堆疊架構(gòu)工藝，目前國內(nèi)只有靈明光子采用該工藝，國際上只有索尼和靈明光子有采取該工藝的成熟產(chǎn)品。

未來靈明光子將會陸續(xù)推出各類升級產(chǎn)品，希望通過不同產(chǎn)品的組合，達(dá)到全覆蓋的無人機(jī)全套dTOF解決方案，覆蓋上述提到的無人機(jī)五大深度傳感應(yīng)用方向。

小結(jié)

總的來看，無人機(jī)越來越廣泛的應(yīng)用在人們的生活和工作中，隨著社會發(fā)展和技術(shù)進(jìn)步，無人機(jī)也在向更加智能化方向發(fā)展，傳感作為無人機(jī)的眼睛，也需要不停的優(yōu)化升級，目前無人機(jī)避障用得較多的是雙目和dTOF，而整體而言無人機(jī)搭載較多的是超聲波、毫米波雷達(dá)，而靈明光子認(rèn)為，未來dTOF可以全方位滿足無人機(jī)的各種應(yīng)用需求，預(yù)計可以替代目前無人機(jī)搭載較多的雙目攝像頭、超聲波、毫米波雷達(dá)等。

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