全球3D成像和傳感器的市場規(guī)模在2016–2022年的CAGR為38%

2017年9月，蘋果推出了全球首款搭載3D結構光技術的智能手機——iPhone X，并且以實現了3D人臉識別Face ID徹底取代了Touch ID指紋識別，隨后眾多手機大廠開始跟進，3D sensing市場被徹底引爆。

根據第三方權威市調機構Yole的預測數據也顯示，全球3D成像和傳感器的市場規(guī)模在2016–2022年的CAGR為38%，2017年市場規(guī)模18.3億美元，2022年將超過90億美元。其中，消費電子是增速最快的應用場，2016–2022年的CAGR高達160%，到2022年市場規(guī)模將超過60億美元。

數據來源：Yole Developpement（單位：百萬美元）

相比之下德銀的數據更為樂觀，根據德銀預測，3D sensing的滲透率有望從2017年的3%提高到2018年的6%，2019年的20%和2020年的38%，搭載3D sensing的智能手機出貨量有望從2017年的3800萬部提高到2020年的6.35億部。整個市場規(guī)模有望從2017年的7億美金提高到2020年的140億美金，4年間年復合增長率高達173%。

目前，主流的3D成像技術主要有三種，分別是雙目主動立體視覺，結構光和TOF（Time Of Flight）。

從技術上來看，雙目成像雖然有著3D成像分辨率高、精度高、抗強光干擾性強、成本低等優(yōu)勢，但是其缺點也非常明顯，比如其算法非常復雜、容易受到環(huán)境因素干擾、依賴環(huán)境光源、暗光場景表現不佳等。因此目前在手機上應用相對較少。

3D結構光雖然識別距離相對較短（作用距離大約0.2米到1.2米，甚至更遠一點），模組結構也比較復雜，成像容易受強光干擾，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，非常適合對安全級別要求較高的3D人臉識別、3D人臉支付等方面的應用。而且由于蘋果iPhone X的率先應用3D結構光技術的帶動，該技術目前已經非常成熟。

除了蘋果之外，小米8透明探索版、OPPO Find X、華為Mate20 Pro/Mate 20 RS保時捷設計等眾多旗艦機型都有采用前置結構光方案來實現3D人臉識別。

不過，由于結構光在識別距離上的限制，使得目前結構光在手機上的應用，主要局限于前置，主要用作3D人臉識別解鎖、3D人臉識別支付以及3D建模等應用，相對來說應用面較窄。

而相比之下，另一種3D傳感技術——TOF雖然3D成像精度和深度圖分辨率相比結構光要低一些，功耗較高，但是其優(yōu)勢在于識別距離更遠，可以做到0.4米到5米左右的中遠距離識別，抗干擾性強，而且FPS刷新率更高，這也使得TOF技術不僅可以應用于3D人臉識別、3D建模等方面，還可適用于環(huán)境重構、手勢識別、體感游戲、AR/VR等多方面的應用，相比結構光技術應用面更廣。

所以，自去年下半年以來，不少手機廠商都紛紛開始推出基于后置TOF 3D技術的手機新品，比如OPPO R17 Pro、vivo NEX雙屏版、華為P30 Pro、三星S10 5G版等。

總結來說，雖然在蘋果的帶動下，3D結構光技術得到了快速的商用和放量，隨后眾多安卓手機廠商的跟進，也推動了整個3D結構光產業(yè)鏈的快速成熟，可謂是占盡了先機。但是，得益于作用距離更遠、應用面更廣，可以為智能手機帶來更多更好玩的應用體驗，TOF大有后來居上之勢。

雖然，結構光適用于近距離的3D識別，而TOF更適合于中遠距離的3D識別，雙方存在著一定的互補關系，而手機前置采用結構光，同時配備后置TOF，也確實可以給用戶帶來更好的體驗（傳聞下一代的iPhone就將配備前置結構光+后置TOF），但是這必然帶來成本的大幅上升。

而且，從實際應用來看，相對于目前主要被應用于前置的結構光來說，適應性更強的TOF除了可被用在后置之外，其也可被用于前置，也能夠與3D結構光一樣進行3D人臉識別。而且，二者的成本也相差不大，所以結構光與TOF之間既有互補關系的同時，也不可避免的存在著較大的競爭關系。那么在智能手機應用上，3D結構光和TOF 3D誰才會笑到最后？

近期芯智訊分別采訪了奧比中光、英飛凌、ams等3Dsensing領域的重要玩家，來看看他們是如何看待這個問題的。

奧比中光：結構光成熟度更高，3D掃描效果更好

作為首家量產3D結構光的國產技術方案商，在2017年蘋果iPhone X推出之前就已經在3D sensing領域有了較深的積累。而在iPhone X引爆3D sensing市場之后，2018年6月，基于奧比中光自研的3D結構光技術方案的OPPO Find X也正式發(fā)布。

雖然定價高達4999元起，但OPPO Find X在京東上首銷就取得了47秒銷量破萬臺，15分鐘銷售額破億元的好成績。2018年7月24日，丘鈦科技發(fā)布的公告更是顯示，丘鈦科技拿到了OPPO的超100萬顆3D結構光模組訂單。而作為OPPO Find X的3D結構光技術方案的獨家技術供應商，奧比中光也引起了業(yè)內更為廣泛的關注。

▲OPPO Find X的前置3D結構光模組

值得一提的是，奧比中光的3D結構光的算法及ASIC芯片均為自研。而在3D結構光市場取得成功之后，奧比中光此前也曾透露，正在進行TOF技術的研發(fā)，而且奧比中光在3D結構光算法芯片研發(fā)上所積累的經驗也能夠很好的應用在TOF方案上。

而對于3D結構光和TOF兩者誰更具前景的問題，奧比中光手機事業(yè)部總經理胡科峰表示：“結構光和TOF都是3D傳感方案，兩者各有優(yōu)缺點，并不存在誰全面壓倒誰的情況。我們不會單純去對比不同技術的優(yōu)缺點，而是從手機客戶的角度出發(fā)，去分析哪種技術更適合落地到手機的應用場景里。”

確實，對于智能手機來說，選擇一項技術，需要要考量的因素有很多，其中比較重要的是技術的成熟度和穩(wěn)定性。

目前結構光落地在智能手機上的主要應用是解鎖、支付。市面上采用結構光方案做解鎖支付的有好幾家，其中iPhone X / iPhone Xs系列和OPPO Find X都是將3D人臉識別作為唯一的生物識別方案。這意味著用戶平均一天要解鎖兩三百次，就得讓結構光輸出兩三百次的深度圖，一年365天，這個使用頻次是非常高的，而且是在各種環(huán)境下使用。另外用戶的基數也非常重要，目前結構光方案的出貨量都是千萬級以上，這也意味著結構光已經能夠應對這種千萬用戶以上的高頻次應用考驗，而TOF暫無對等數據，表現還有待觀察?！安还茏罱K是做什么應用，3D傳感方案的核心功能都是一樣的，就是還原現實世界的三維特征。對現實世界三維特征的還原能力，就成了考量3D傳感方案的重要指標之一?，F實世界的物體有不同的材質和不同的輪廓，結構光在材質和輪廓的一致性方面有明顯優(yōu)勢。比如一些低反射率的材質，球體，容易出現多路徑反射的復雜表面，結構光都表現出更好的適應性。”胡科峰強調：“能讓普通用戶直觀地看到這種還原能力的應用之一就是3D建模（也叫3D掃描），結構光同樣也可以應用于手機后置，用來掃描3D物體，相比TOF，結構光掃出來的物體更加的真實，掃描體驗也更好?！碑斎唬琓OF技術也有它的優(yōu)點，比如遠距離的相對精度比較好。胡科峰表示，具體得看客戶的選擇，是否TOF的優(yōu)點比“技術成熟度”和“3D還原能力”更重要。同時，兩種技術都在不停的演進。而奧比中光作為3D方案的提供商，目標是致力于給客戶提供最合適的3D方案。“我們會持續(xù)鉆研含這兩種方案在內的所有3D技術，全力將最合適的3D方案提供給所有客戶?！?/p>

英飛凌：TOF前景更加廣闊

雖然從目前來看，3D結構光的方案仍是市場的主流，采用的廠商較多（比如蘋果、OPPO、小米、華為等等），出貨量也很大。但是，從去年開始，在中遠距離上適應性更強的TOF 3D技術也開始備受市場關注。不少上游廠商也順勢推出了可用于智能手機的解決方案。

在2018年的CES展會上，英飛凌攜手pmd technologies（以下簡稱pmd）首次展示了全球尺寸最小的TOF 3D攝像頭模組參考設計，其尺寸僅為12mm x 8mm。雙方合作推出的這款TOF解決方案，包括攝像頭、圖像傳感器、軟件驅動程序、3D深度處理管道、參考設計和定制支持、模塊制造商培訓和支持資源，以及參考生產裝置設置，以便模塊制造商和原始設備制造商進行校準和測試。其中，pmd負責TOF技術研發(fā)、像素研發(fā)等，英飛凌則負責裸晶成像器、以及半導體工藝的研發(fā)，以及跟模塊供應商做配合。

值得注意的是，在CES上pmd還宣布與集成光學器件和光學成像系統(tǒng)解決方案供應商舜宇光學建立合作，聯(lián)合為中國及全球的移動設備OEM廠商，開發(fā)并市場化的TOF 3D傳感攝像頭解決方案。

隨后在去年8月，OPPO在上海正式發(fā)布了OPPO R17系列手機。其中R17 Pro就首次搭載了后置的TOF 3D方案，其也成為了全球首個實現TOF 3D技術商用的機型。據了解，R17 Pro的TOF模組由舜宇光學供應，而其中的圖像傳感器芯片和TOF算法或由英飛凌和pmd提供。

▲OPPOR17 Pro的后置三攝，最右側的是TOF 3D模組

此外，在今年2月的德國慕尼黑展會上，LG發(fā)布的2019款新機LG G8 ThinQ就采用了前置ToF 3D攝像頭，同樣也是基于英飛凌的REAL3圖像傳感器芯片和pmd的算法，可支持手機解鎖和支付識別認證。

顯然，TOF 3D方案在手機前置上的成功應用，確實會對于前置結構光方案形成了一定的沖擊。那么英飛凌如何看待TOF與結構光之間的競爭呢？

在近日的第八屆EEVIA ICT媒體論壇上，英飛凌電源管理及多元化市場事業(yè)部大中華區(qū)射頻及傳感器部門總監(jiān)麥正奇在接受芯智訊采訪時表示，結構光模組復雜度更高，而TOF則相對簡單，并且可以做到非常小巧且堅固耐用。

此外，他還表示，TOF傳感器功耗雖高，但其深度信息計算量小，對應的CPU/ASIC計算量也低，所以整體的系統(tǒng)級功耗也能夠得到控制。因為，TOF的每個點都可以直接提供完整的深度信息，它在傳輸出來的數據就已經是可用的，并且光速等物理信息均為已知，因此只需通過相對簡單的算法就可以將掃描對象從背景當中分離出來，獲得3D圖像。不需要像結構光那樣，需要用大量的CPU/ASIC演算取得它的深度信息和幅度信息。

再加上TOF應用面更廣，英飛凌也是堅定看好未來TOF的發(fā)展。

而在當天的論壇上，麥正奇也介紹了英飛凌此前推出的TOF 3D圖像傳感器REAL3以及與pmd合作的基于REAL3的TOF模組。

▲REAL33D圖像傳感器芯片可以實現小巧的攝像頭模塊，便于輕松集成到小巧的電子裝置中

據介紹，REAL3 傳感器可以直接記錄深度圖和2D灰度圖，從實現又快又準確的3D成像。而且，即使是在明媚的陽光下REAL3也可全面運作，這主要是得益于其獨專利的背景照明抑制（SBI）電路，能夠在每個像素中擴展動態(tài)。

麥正奇還表示，基于REAL3的TOF 3D模組，采用的是緊湊式攝像頭設計，不含機械部件，堅固耐用，高度的集成，可實現最小巧的攝像頭模塊和最低物料成本。在生產方面，也比結構光方案更為簡單，可輕松完成一次性校準，無需進行機械調準和角度調整（已經批量生產驗證的校準概念，在保證高精度的情況下，校準時間 < 5秒）。

而除了英飛凌和pmd之外，TI、松下、ADI、ams等廠商也有推出針對TOF 3D的方案。

比如去年12月vivo推出的NEX雙屏版，其所搭載的TOF 3D攝像頭模組廠為信利，其中的ToF Sensor供應商為松下，驅動芯片及算法均由ADI提供，VCSEL由ams供應。

ams：可提供全面的成熟的3D方案

作為目前在3D sensing領域布局最為廣泛也最為全面的ams（艾邁斯半導體）來說，其不僅擁有TOF、結構光、主動立體視覺等3D傳感器，還可提供其中的各種關鍵器件。

以3D結構光方案為例，ams除了可以提供關鍵的VCSEL芯片之外，ams還擁有WLO、DOE、光傳感器等基于結構光技術的關鍵器件。

此外，ams還擁有TOF 1D/2D/3D技術的完整解決方案和主動立體視覺方案，以及其中眾多關鍵器件。

ams先進光學傳感器部門執(zhí)行副總裁兼總經理Jennifer Zhao在第八屆EEVIA ICT媒體論壇上也表示：“我們在3D系統(tǒng)領域擁有很大的優(yōu)勢。我們不僅有硬件，也有軟件和相關的應用軟件。在硬件方面，我們提供的有光源、光路和先進的光學封裝裝。另外也有NIR和TOF的攝像頭；軟件方面，我們也有很多的資源以及曠視科技等合作伙伴，可以提供更全面的軟件方案?！?/p>

那么作為目前在3D sensing領域布局最為廣泛也最為全面的技術廠商來說，ams又是如何看待TOF與結構光之間的競爭呢？

在此前的慕尼黑上海電子展期間，ams大中華區(qū)3D方案和器件產品線市場總監(jiān)CK Chua在接受芯智訊采訪時表示，“每一個技術在不同的距離跟應用場景下，它的性能是存在著差異的，結構光在近距離性能最佳，對于3D人臉識別等應用來說，結構光的識別距離、深度信息、安全性和適應性都是最佳的。而TOF則更適用于中遠距離。不過，由于TOF模組尺寸相對較小，系統(tǒng)集成也比較簡單，所以也有被用于前置。但是，在近距離的性能上，仍然是要比結構光要差。如果是用于3D人臉識別解鎖可能沒有大問題，但是如果是用于對安全性要求更高的支付，那么就會有一定的難度?！?/p>

Jennifer Zhao也表示，結構光與TOF各具優(yōu)勢，在智能手機市場將會長期并存。“除了智能手機市場之外，未來3D sensing技術還將在智能家居、工業(yè)自動化、汽車安全駕駛等各種不同的領域應用越來越廣。我們公司的理念就是，不管客戶選擇哪種3D sensing方案，我們都有成熟的解決方案提供給客戶?！盝ennifer Zhao總結說到。

小結：

從上面介紹以及三家廠商分享的觀點來看，結構光和TOF技術確實有著各自的優(yōu)點，以及各自不同的更為適合的應用場景，具有一定的協(xié)同和互補特性。但是在廠商的對于方案的選擇中，需要考慮的并不僅僅是技術效果上的問題，技術成熟度、成本、集成度、生產難度、各種關鍵器件的供應穩(wěn)定性等等都是需要考慮的。

目前TOF的關注熱度似乎比結構光更高，但是在技術成熟度以及出貨量上，結構光更占優(yōu)勢。

所以，我們可以看到，雖然TOF更適用于中遠距離，更適放在手機后置，但是實際上，其模組尺寸小、易集成、成本相對較低的特性，也使得其被一些手機廠商應用到了前置，來做3D人臉識別解鎖和支付。同樣，適用于短距離，適合放在手機前置的3D結構光，也可以被應用到后置，因為其能夠在3D建模上提供比TOF更高的精細度。

特別值得一提的是，智能手機的一些較為新穎的設計方案也模糊了后置與前置3D sensing的區(qū)別，比如vivo NEX雙屏版，其配備的TOF 3D，即可當做后置，也可當作前置3D sensing來使用。

此外，結構光和TOF兩種技術同時也都在繼續(xù)向前演進，各自的優(yōu)劣勢也并不是一成不變的。而且，市場也并非是簡單的由技術的優(yōu)劣所決定的，更重要的還是要看主流廠商的方向性選擇和引導，用戶的選擇，以及應用生態(tài)的完善。

值得一提的是，隨著結構光和TOF成本的下降，當到達一個相對舒適點的時候，可能會走向共存。比如目前的市場上，一些旗艦機在采用前置3D結構光的同時配備有屏下指紋識別。

另外在不可逆的全面屏趨勢之下，未來屏下攝像頭也將是一個新的方向。ams先進光學傳感器部門執(zhí)行副總裁兼總經理Jennifer Zhao告訴芯智訊，目前ams也在進行這方面的研究，不過具體實現還需要與屏廠緊密配合。未來屏下攝像頭一旦實現，那么前置的結構光或TOF模組或可被放置在屏下，無需在屏上開一個劉海或打孔，而這也必將進一步推動3D sensing在智能手機上的應用。