2017年，蘋果的iPhone X憑借AI技術和3D攝像頭敲開了3D視覺的大門。3D攝像頭又稱之為深度相機，即通過該相機能檢測出拍攝空間的景深距離，這也是其與普通攝像頭的最大區別。通過3D攝像頭獲取到的數據，我們能準確地知道圖像中每個點離攝像頭的距離，這樣加上該點在2D圖像中的（x，y）坐標，就能獲取圖像中每個點的三維空間坐標。通過三維坐標就能還原真實場景，實現場景建模等應用。

目前，3D視覺攝像頭解決方案比較主流的有三種，分別是結構光、雙目視覺，以及ToF（Time of Flighgt，飛行時間）。其中結構光解決方案的代表公司有奧比中光、蘋果（Prime Sense）、微軟（Kinect-1）、英特爾（RealSense），以及Mantis Vision等；雙目視覺的代表公司有Leap Motion、Stereo Labs，以及大疆創新等；ToF技術的代表公司有微軟（Kinect-2）、pmd、索尼（SoftKinetic），以及一些智能手機廠商等。

據統計，ToF 3D解決方案的滲透率或將超過結構光，國內智能手機廠商率先布局，2018年8月份，自OPPO R17 Pro搭載ToF 3D傳感技術后，12月vivo NEX雙屏版也搭載了ToF 3D超感應技術，今年2月華為發布的榮耀V20內置了ToF 3D方案，三星Galaxy S10 5G、LG G8 ThinQ，以及華為P30 Pro也加入了ToF深感相機……

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ToF（Time of Flight，飛行時間），其實是一種深度信息測量方案，主要由紅外光投射器和接收模組構成。投射器向外投射紅外光，紅外光遇到被測物體后反射，并被接收模組接收，通過記錄紅外光從發射到被接收的時間，計算出被照物體深度信息，并完成3D建模。ToF已經被廣泛應用在測繪、物流、無人駕駛等多個工業領域，方案比較成熟，現在，它在消費電子領域上的應用也開始逐漸增多。

ToF 法根據調制方法的不同，一般可以分為兩種：脈沖調制（Pulsed Modulation）和連續波調制（Continuous Wave Modulation）。脈沖調制需要非常高精度時鐘進行測量，且需要發出高頻高強度激光，目前在實際應用中，通常采用的是正弦波調制，檢測相位偏移辦法來實現測量距離的功能。圖1描述了ToF 相機（連續波）的基本原理。

圖1：ToF深度相機工作原理。

雖然，3D結構光在深度測算的精度更高，但工藝相對復雜，并且對環境光線和識別距離都有比較高的限制。而ToF對環境光線的適應能力更強，識別距離可以達到10m，響應時間也更快，而且工藝難度也相對低。因此，現在不少廠商更愿意選擇ToF 3D感測解決方案。

總的來說，ToF的優點主要有：

1）檢測距離遠。在激光能量夠的情況下可達幾十米。目前應用在消費電子內的ToF技術最大為10米；

2）受環境光干擾比較小；

3）體積小。

當然，ToF 也有一些顯而易見的問題：

1）對設備要求高，特別是時間測量模塊。

2）資源消耗大。該方案在檢測相位偏移時需要多次采樣積分，運算量大。

3）邊緣精度低。

4）限于資源消耗和濾波，幀率和分辨率都沒辦法做到較高。

盡管ToF相機具有很多優點，但目前參與進來的玩家仍然不多，特別是國內廠商。主流的ToF相機參與廠商包括pmd、ams、ST、TI、Infineon、Sony、Optrima、微軟等等，其中pmd是一家能夠提供戶內、戶外均能使用的ToF相機廠商，其產品具備多種探測距離，可適用于科研、工業和消費電子等多種場合；Optrima和微軟的ToF相機主要面向家庭、娛樂應用，價格相對較低。

Pmd與Infineon

Pmd的總部位于德國錫根，且在美國圣荷西、上海、及韓國首爾設有分公司，具有110位員工，是一家基于CMOS的3D飛行時間測距數字成像技術供應商。其前身為德國錫根大學一個研究傳感器系統（ZESS）的中心實驗室，2002年從德國錫根大學分離出來組建了公司，后被另一家公司收購，組建了現在的pmd公司。該公司研究3D ToF傳感技術超過了20年。目前該公司擁有超過350項全球ToF專利和18種量產產品。該公司的產品已經開發到了第8代了。

1996年，Rudolf Schwarte教授申請獲得具有Photomischelemente（即光子混合元件和設備）的ToF芯片基礎專利。2000年，推出了第一款具有ToF pmd傳感器的深度相機。

2002年，以Rudolf Schwarte，Bernd Buxbaum和Torsten Gollewski為代表的pmd技術開發團隊獲得了德國總統頒發的德國未來獎提名。

2013年，pmd與Infineon合作，生產用于非接觸式手勢識別3D圖像傳感器芯片。其與Infineon合作的REAL3圖像傳感器芯片已經應用在了2019年2月發布的LG G8 ThinQ上。

據在一次媒體活動中，麥正奇先生的介紹，英飛凌與pmd的合作模式是英飛凌主要負責半導體工藝、產品研發和產生；pmd主要負責ToF像素和ToF系統（3D攝像頭參考設計）研發。目前，雙方已攜手推出多款REAL3系列ToF圖像傳感器，其中第三代產品投入量產，第四代產品今年2月剛發布。新款第四代REAL3圖像傳感器型號為IRS2771C，芯片面積僅為4.6mm×5mm，提供150k（448 x 336）像素輸出，接近HVGA水準的分辨率，較市面上多數的ToF解決方案高出四倍之多。未來還會推出車規級的ToF芯片。

2019年初，pmd與徠卡相機公司合作開發了專為移動應用開發的新參考設計Holkin，Holkin模塊使用徠卡鏡頭，專為pmd最新的3D成像儀IRS2771C而設計。該模塊z高度為4.2mm，提供HVGA（480×320像素）分辨率，是當今市場上分辨率最高的最小3D相機。

該模塊具有出色的環境光穩定性，同時適用于室內和室外使用。徠卡鏡頭針對940nm進行了優化，成像儀像素采用了pmd擁有專利的背景照明抑制(SBI)技術。其成像系統很適合手機應用，可用于面向外部世界以及面向用戶（自拍）的拍攝。

圖2：pmd與徠卡相機公司合作開發的Holkin 3D深感相機模塊。

意法半導體(ST)

ST對ToF技術也非常關注，到目前為止，已經推出了三代ToF相關產品，VL6180、VL53L0X和VL53L1X。其中VL6180是其第一代產品，采用850nm的波長激光，最大測距大于40cm；VL53L0X是第二代產品，采用了940nm的波長激光，測距距離也提升到了2m。ST稱VL53L0X是世界上最小的ToF傳感器，采用單光子雪崩二極管，超高速時間分辨率讓Direct ToF技術能夠采用ST CMOS SPAD制造工藝，集成傳感器、濾波器、光學器件、VCSEL和驅動器于一體，系統具有高度校準的特性。

VL53L1X是其第三代產品，該模塊內置了鏡頭與低功耗微控制器，測量距離高達4m，還可以在接收陣列上位感興趣區域（ROI）的大小和位置編程，從而調整視場角。

它包含一個SPAD（單光子雪崩二極管）感應器陣列、一個基于人體一級安規VCSEL（垂直腔面發射激光器）的集成的940nm不可見光源。

圖3：ST VL53L1X系統框圖。

德州儀器(TI)

早在2013年，TI就發布過3D ToF手勢技術，但是用于控制領域。2017年發布的飛行時間(ToF)傳感器OPT8241算是一款經典產品，這顆芯片屬于3D ToF圖像傳感器系列，它將ToF感應功能與經優化設計的模數轉換器(ADC)和通用可編程定時發生器(TG)相結合，以高達150幀/秒的幀速率(600讀出/秒)提供四分之一的視頻圖形陣列(QVGA 320 x 240)分辨率數據。主要的應用是深度感測，例如3D掃描、手勢控制等等，其終端應用在ATM、人數統計等等。

目前TI的ToF傳感器產品主要有4種，分別是OPT3101、OPT8320、OPT8241和OPT921。其中OPT3101是基于ToF的遠距離接近和距離傳感器模擬前端產品；OPT8320是分辨率位80×60的3D ToF傳感器和控制器；OPT8241為3D ToF傳感器，而OPT9221是ToF控制器。

艾邁斯半導體(ams)

ams的口號就是“傳感即生活”，對傳感器的專注程度之高無出其右。其業務范圍包括傳感器解決方案、傳感器IC、接口和相關軟件。

該公司在2017年2月完成了對Heptagon的收購，而Heptagon在2014年收購了專注3D ToF技術的公司MESA Imaging。可見ams在ToF技術領域的積累也是相當不錯的。

其TARA泛光照明器系列是專為各種各樣的ToF攝像頭而設計的，產品有TARASLIM（適用于執行臉部識別任務的無邊框手機平臺）和TARA2000（適用于家用機器人和汽車等各種市場的廣角手勢傳感和頭部追蹤應用）。

Melexis

Melexis是全球五大頂級汽車半導體傳感器供應商之一，在汽車市場有著絕對的優勢，可以說現在平均每輛車就有8顆邁來芯品牌的芯片。在汽車應用中，傳感器數量越來越多，尤其是未來的自動駕駛，只有配備大量的高精準度的傳感器才能讓行駛更安全。

Melexis在2014年推出的MLX75023 是世界上首款符合汽車行業標準的車內ToF傳感器，可在生產汽車時將其安裝在車內。繼索尼收購 SoftKinetic 之后，Melexis在2015年與索尼簽訂了專利許可協議，獲準在自家產品中應用索尼的DepthSense ToF技術。2017年，Melexis 推出了完整的QVGA芯片組和評估套件，力求推進技術開發與采用的進程。

在2019年3月份，Melexis又推出了一款單芯片汽車級VGA ToF圖像傳感器MLX75027，它是片上系統解決方案，在單一BGA封裝中提供VGA（640×480像素）分辨率的圖像傳感及處理功能。

MLX75027 使用調制光源和光學飛行時間傳感功能創建車艙三維圖像，可提供對車內人員和物品的監控，并具有手勢檢測功能。該傳感器也可集成至碰撞預警和導航應用中，如檢測車外空間和障礙物以及行人等。MLX75027 的工作溫度范圍為 -40 至 +105°C。

MLX75027的主要特性之一是支持高達100MHz的調制頻率，使制造商能夠充分發揮VCSEL 的性能，實現更高的距離精度。此外，該傳感器支持高達135FPS的幀率，可以檢測并跟蹤快速移動物體。MLX75027擁有在30 FPS下230mW的低功耗和只需3個電壓（2.7V、1.8V 和 1.2V）的電源方案，可簡化系統設計并有助于降低電源單元成本。

另外，MLX75027采用索尼半導體解決方案公司的背光源技術（BSI）并包含多種高級特性，如可編程感興趣區域、連續或觸發工作模式以及圖像水平/垂直翻轉模式。搭載的系統級接口包括CSI-2串行數據輸出、MIPI D-PHY和I2C。

Teledyne e2v

Teledyne e2v擁有超過40年的成像設計及制造經驗，產品涉及CMOS、CCD和EMCCD圖像傳感器、陣列、相機模塊、子系統和線掃描相機。它正在構建一個專用于3D成像的平臺，以支持最新的工業應用，比如視覺引導機器人、物流自動導引車輛（AGV）、工廠監控和安全、手持掃描儀，以及戶外應用。其3D方案包括激光三角測量、雙目視覺和結構光，以及ToF方案。

其新一代ToF 130萬像素圖像傳感器BORA，具有高靈敏度/低噪聲，包括多積分或“堆積”模式。可拍攝高速運動物體的3D圖像，具有高速雙快門，速度高達120幀/秒，全分辨率下的深度圖像速度也可達30幀/秒。

ADI

在ToF 3D解決方案種，ADI的產品主要用來增強ToF 3D系統的功能，包括處理、激光驅動器和電源管理功能。產品主要有ADDI903X、ADP3634和ADP5071。其中ADDI903X是具有可編程時序和V驅動器的CCD ToF信號處理器，ADP3634主要用作激光二極管驅動器，ADP5071用作CCD電源和光學模塊。

ADDI903x系列產品可支持CCD紅外光ToF傳感器，分辨率可達640x480。它可將影像信號轉換為數字信號，并提供高精確度的脈波時間控制器，閉回路設計，讓激光二極管控制的脈波寬度更準確，進而可以得到更精準的深度數據。

國內ToF深度傳感解決方案提供商Pico Zense的ToF深度傳感模組利用的就是ADI公司的ToF方案，其主打產品DCAM710的深度圖像分辨率均可達到640 x 480，畫面每秒傳輸幀數30FPS，該產品尺寸小、功耗經濟、成像清晰度、精度均達到VGA標準，可以廣泛適用于智能機器人、 AR/VR、 微投影、無人機等領域。

據公開信息，vivo NEX雙屏版的3D人臉識別和ToF 3D超感應技術，就是ADI和vivo共同合作的成果。

璦鐠瑞思（ESPROS）

瑞士公司璦鐠瑞思（ESPROS）已經實現3D ToF芯片及模組的量產，其epc660芯片體積非常小，具備高精度的標定補償，適合做人臉識別和3D建模。據其公司網站資料，epc660芯片具有高NIR（近紅外）靈敏度（> 80％@ 850nm），以及在電荷域抑制強環境光的能力。

高靈敏度意味著省電，并且由于主動照明無需設計得那么強，可使設備運行對人眼更安全。epc660采用了帶焊球的薄裸片芯片級封裝，總厚度為0.23mm，可用于輕薄的移動應用（如智能手機）3D攝像頭模組設計。其封裝不僅可以縮小模塊的整體尺寸，還有助于降低成本。

其epc635模組體積只有8.3mm x 11.2mm x4.5mm，搭配VCSEL，最遠距離室內可達10米以上，適合掃地機器人、無人機等方案商。

與其合作的國內方案商有北醒（北京）光子、北京洛倫茲、上海數跡智能和深圳海伯森等。

索尼

索尼將自己從2009年起積攢起來的背照式傳感器技術，與2015年收購的Softkinetic Systems SA研發的電流輔助光子調節器（CAPD）相結合，推出了深度感應性能更高，體積更小的新型背照式ToF傳感器DepthSense 系列產品。

2017年底推出了其首款產品IMX456QL，該產品已于2018年底批量上市。

圖4：索尼ToF攝像頭。

索尼分解器解決方案的移動及傳感系統事業部長吉原賢表示層對媒體表示，2019年夏天在索尼位于九州的工廠，將開始量產部分ToF傳感器。同時也正在與智能手機用攝像頭模組供應商推廣。特別是中國，“市場本身很大，應用的變化趨勢也非常快,我們非常期待”。

據報道，索尼將加大ToF傳感器布局。該公司將在2019年下半年提高3D攝像頭的產量，以滿足下游相關客戶的需求，包括蘋果、google、三星以及華為。目前索尼公司在全球圖像傳感器市場份額接近一半，3D業務已經實現盈利。

聚芯微電子

2016年初成立的聚芯微電子坐落于有著武漢東湖新技術開發區，由多位具有豐富行業經驗的歸國華人組建，是一家致力于向消費電子、人工智能和汽車電子等領域提供高性能混合信號芯片及其解決方案的創新型公司。公司目前擁有ToF 3D傳感、傳感器信號調理和智能音頻等多條產品線，其高性能傳感器信號調理芯片已在消費類和汽車級市場實現批量出貨。

據公開資料顯示，聚芯微電子在2017年完成了A輪融資，投資人為五岳華諾、長安私人資本及春曉東科。到目前為止，該公司已經完成3輪，累計4000萬元的融資。ToF傳感器芯片以及基于該技術的3D成像方案是他們的發展重點。

SIF2310是聚芯微電子推出的一款背照式技術(BSI) ToF傳感器，產品片上集成了一個HVGA (480x360)級分辨率的像素陣列，一個用來調制紅外光源的信號發生器、12bitADC、片上溫度傳感器、獨立的邏輯控制單元、片上高速時鐘和用于高速數據傳輸的MIPI接口。

SIF2310支持高達100MHz的調制頻率，及高達240fps的輸出幀率。同時，芯片針對NIR (近紅外)波長進行了特殊優化，具有良好的感光度。配合紅外光源，SIF2310可廣泛應用于人臉識別、AR/VR、動作捕捉、3D建模、機器視覺、無人駕駛等領域。芯片提供裸片或Glass-BGA封裝。

炬佑智能

上海炬佑智能科技有限公司（以下簡稱“炬佑智能”）成立于2017年1月，是一家開發智能感知與人工智能（AI）系統的科技公司，公司總部設在上海，并在日本、美國、瑞士（籌建中）設有海外分部，同時拓展并支持國內與海外的客戶和市場。

炬佑智能產品包括ToF傳感器芯片，發光控制芯片，3D圖像處理芯片、模組、算法，矯正和應用系統，可支持智能終端、無人機、機器人、智能駕駛、智能空間、智能安防、虛擬和增強現實（VR/AR）購物等各類應用。

其CEO劉洋先生在接受采訪時表示，軟硬件產品方面，炬佑智能全面布局傳感器、IC和算法，已開發出包括分辨率為100 x 10、100 x 100、240 x 100、240 x 200、320 x 240等系列850nm和940nm ToF傳感芯片，并將推出VGA和百萬像素產品，同時還開發了智能3D控制芯片和智能發光發射芯片。

不過，<電子發燒友>在其官網上并未查到具體產品型號。

圖5：炬佑智能官網截圖。

歌爾股份

歌爾股份目前在微型麥克風、高端虛擬現實產品、微型揚聲器、耳機、智能可穿戴電子、智能家用電子游戲配件、MEMS麥克風、MEMS傳感器等領域占有不錯的市場份額，但其在新技術上的投入也不遺余力，截止目前，該公司ToF 3D模組已開始量產。

圖6：歌爾股份的ToF 3D傳感攝像頭。

根據今年3月22日，歌爾股份在深交所互動易平臺回復投資者提問，該公司一直積極布局光學領域的核心技術，最近推出的TOF 3D感知模組，已經得到了客戶積極反饋，很快實現量產。

不到4個月時間，在7月6日的投資者互動平臺上，歌爾股份表示，公司的TOF 3D模組已經開始量產。在MR方面，歌爾參與了微軟公司新一代MR公司的光學、結構、硬件的設計和整機制造，目前已有基于此平臺的產品如三星奧德賽MR產品上市。

ToF的快速成長依賴于下游領域的快速擴張。受益于下游市場的迅速崛起，ToF正在進入快速成長期：

一方面，智能手機進入存量時代，微創新持續產生并加速滲透，對深度攝像的需求以及智能手機交互方式的變化促進ToF的市場擴張，在技術改善和成本趨低的背景下，ToF技術未來有望在手機中廣泛應用；

另一方面，汽車智能化趨勢越來越明顯，ADAS滲透率不斷提高，車內監控、手勢識別、自動駕駛環境感知等功能對ToF方案的需求也十分強勁。

還有，工業4.0中越來越多的工廠在積極導入自動化生產線、協同機器人，以及AGV無人搬運車等。ToF傳感器可以用作HMI(人機接口：Human Machine Interface)，在高度自動化的工廠中，工人和機器人需要在很近的距離下協同工作，ToF設備可以用于控制各種情形下的安全距離。因此，這方面的需求也在增長。

總的來說，ToF技術具有豐富的應用場景，在汽車、工業、人臉識別、健康，游戲、娛樂、電影特效、3D打印和機器人等諸多領域都有應用。這些應用的增長，將會持續推動ToF技術的成長。