3D結(jié)構(gòu)光和TOF：

智能手機光學(xué)革命的高潮

    iPhone X發(fā)布前，業(yè)界傳出了“全新iPhone會用上3D傳感器和深度攝像頭”的消息。

　在這則傳聞中，當(dāng)時還沒有發(fā)布的iPhone X可以通過深度攝像頭實現(xiàn)AR建模，3D換裝等功能。

但實際上，正式發(fā)布的iPhone X并沒有通過深度攝像頭實現(xiàn)AR功能，甚至與深度相關(guān)的功能——比如面部識別和Animoji（iPhone X上的3D動畫表情）——也僅限于前置攝像頭。

這一切的根源不難理解

皆因iPhone X所搭載的3D結(jié)構(gòu)光模塊

    3D結(jié)構(gòu)光本身是優(yōu)點頗多的，精度高、功耗低、全天候、環(huán)境適應(yīng)性好，非常適合用作人臉識別、支付，以及對自拍美顏進(jìn)行細(xì)節(jié)補充。所以，在iPhone X搭載這項術(shù)后，有的Android旗艦也開始搭載這項技術(shù)。OPPO FindX就是Android陣營的3D結(jié)構(gòu)光代表。

　只不過，3D結(jié)構(gòu)光目前的用途略局限，而且僅限于前置攝像頭。

   TOF是一個和3D結(jié)構(gòu)光平行出現(xiàn)的詞。

   TOF是Time of flight的簡寫，直譯為飛行時間的意思。所謂飛行時間法3D成像，是通過給目標(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）時間來得到目標(biāo)物距離。

　和3D結(jié)構(gòu)光一樣，TOF是一個用以補充圖像Z軸深度信息的技術(shù)。

　不過，和3D結(jié)構(gòu)光不同的是，TOF技術(shù)是發(fā)射的不是散斑，而是面光源，所以在一定距離內(nèi)，TOF的光信息不會出現(xiàn)大量的衰減，同時TOF感光元件的單位像素非常大，為10μm，對于光的采集有足夠的保障，理論上只要提高發(fā)射端的功率，TOF的使用距離會非常遠(yuǎn)。一般情況下，TOF的工作距離范圍是0.4m-5m。因此整體上來看，TOF更適合用在后置攝像頭上。

    3D結(jié)構(gòu)光和TOF都能為智能手機帶來更多交互的可能性，為什么3D結(jié)構(gòu)光已經(jīng)有了普及的趨勢，而TOF還沒有量產(chǎn)的機型？

    因為TOF具有功耗大的缺點，SONY公司對TOF的解決方案里，用了CCD圖像傳感器，功耗很高，這對于手機電池的續(xù)航功能產(chǎn)生了不小的挑戰(zhàn)。

    索尼在2017年12月推出的IMX456QL CMOS解決了功耗問題，其功耗僅為CCD方案的1/5-1/3。

　并且據(jù)索尼的說法，該傳感器結(jié)合了兩種像素技術(shù)，一是提高反射光信號讀取精度的像素技術(shù)，二是背照式CMOS影像傳感器的像素技術(shù)，從而大幅提升了光線收集率和測距速度。該傳感器搭載了高感光度的驅(qū)動模式，即使遠(yuǎn)距離也可實現(xiàn)高精度測距。

  而Intersil最新的ToF信號處理IC——ISL29501方案就是典型的ToF方案，可用于所有光照條件，并且實現(xiàn)了小型化和電池應(yīng)用的低功耗。

   OPPO已經(jīng)于8月6日在北京召開了媒體溝通會，宣布OPPO下款主力產(chǎn)品將會用上采用了背照式CMOS方案的TOF技術(shù)。

　按照他們在發(fā)布會上所表示的“溝通會不展示DEMO，技術(shù)已經(jīng)準(zhǔn)備量產(chǎn)”的說法，搭載TOF的新機已經(jīng)觸手可及了。

   在汽車上，TOF傳感器可以用于自動駕駛，通過TOF技術(shù)對行車環(huán)境進(jìn)行感知，獲取環(huán)境信息。

   在工業(yè)領(lǐng)域，TOF傳感器可以被用作HMI人機接口，用于控制各種情形下的安全距離。

   在人臉識別系統(tǒng)中，TOF相機的亮度圖像和深度信息可以通過模型連接起來，精準(zhǔn)的完成人臉匹配和檢測。

   在制作影視特效時，TOF相機可以將深度信息附加在視頻圖像中，精確確定場景中每個像素的空間位置。通過簡單的后期處理，就能將特效道具插入影片的任何位置。

   TOF相機的手勢識別能力特別適用于消費電子領(lǐng)域，例如游戲、手持式設(shè)備和家庭娛樂，以TOF設(shè)備為第一人稱游戲提供了直觀的接口，完全可以代替遠(yuǎn)程控制，鼠標(biāo)和觸摸屏，比如前段時間的電影《頭號玩家》。

  在上海MWC展上，vivo帶來了TOF 3D超感應(yīng)技術(shù)，在展覽上，現(xiàn)場展示了可以3D建模，甚至3D打印的手機，vivo表示這次展覽的目的就是告訴大家TOF的技術(shù)可以量產(chǎn)了，TOF更多應(yīng)用在AR應(yīng)用上，電影上?？吹饺⑼队暗募夹g(shù)不再是遙遠(yuǎn)的技術(shù)了。在未來的時間里TOF技術(shù)和5G技術(shù)的碰撞更會擦出什么樣的火花？

   讓我們一起期待吧！