别谈区块链了,3D成像需求更接“地气”?

来源: 日期:2018-03-01 点击: 244

  虽然近段时间区块链吸晴不止,但真要变现还不是想象那么EASY。对于IC业来说,抓住AI、5G、自动驾驶、物联网的纵深发展机遇,拿出“沉甸甸”的好产品和技术才能真正让现金“沉淀”。这不,苹果的FACE ID开启了3D成像与传感市场的盛宴。Yole Développement预计3D成像与传感市场将从2016年的13亿美元,指数型增长至2022年的90亿美元。

  3D成像市场变局在即?

  3D成像与传感技术不是一个新鲜事物,以往在高端工业和医疗已初露头角,但随着技术的进阶和消费、汽车类应用的拓宽,已然进入新一轮的成长。“除了传统的医疗和工业市场,3D成像与传感技术已准备好进军消费类和汽车市场。”Yole Développement成像业务部负责人Pierre Cambou曾如此判断。

  之前,3D成像和传感技术已多次在消费类领域试水,如今智能手机成为这一创新的主要推手,而无人机、机器人等亦将从中获益。

  从技术方案来看,3D成像有结构光、ToF(飞行时间)、双目3种主流方案,之前各有拥趸,难以进行细分。不过,这一市场局面将彻底改变,因为即将到来的“杀手级应用”将为市场带来一系列特定的器件和厂商,市场变局即将到来。

  尤其对于ToF技术和结构光技术带来的器件微型化,能够在合理的成本下带来高分辨率成像,SPAD(单光子雪崩二极管)和3D混合堆叠BSI等技术或将获得重要应用。同时,算法上的不断改进也使得高精准成为可能。未来的需求侧重还着眼于一站式解决方案,这对于处于变革中的IC厂商而言是一大新商机。

  第三代ToF传感器攻克了哪些难题?

  进入消费级市场,对于3D成像与传感技术的要求自然更加“苛刻”。在ToF技术一直深耕的ST(意法半导体)实现了世界上最小的第三代ToF测距传感器—VL53L1X,实现了5ms的测距时间、4m的最佳测距。

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  相对前两代,ST影像产品部技术市场经理张程怡介绍说,ToF测距芯片中有发射和接收端,主要改进在于接收端整合了940nm VCSEL(垂直腔面发射激光器),使得检测率大幅提升,并集成了一款新设计的SPAD(单光子雪崩二极管),不仅使测量不受目标物体的大小、颜色和反射率的影响,实现高速测量而且低功耗,而且可采用ST CMOS SPAD制造工艺;同时在算法上的改进对于滤掉不正确的、无意义的信号能力提升。

  “而市场上现有的方案要么体积大,要么是发射和接收分立的,并且实际测距受大小反射率、环境光的干扰较大。”张程怡表示。

  有了性能更高的第三代ToF传感器,拓宽对感应距离和时间有更加严格的要求的新应用亦顺理成章。如智能手机已向标配进军,张程怡详细说:“光对于成像来说至关重要,传统对焦手段哪怕像素再高,在低照度和低对比度场景下不可避免成像时间长、效果不佳。此时ToF测距传感器可起关键作用,通过自发光得到距离,然后把摄像头引导到一个合适对焦点,实现精准实时对焦,这是一大优势。”除苹果之外,华为、中兴、索尼、谷歌等都已“配备”。

  同时ToF传感器应用也扩展至高端无人机、扫地机器人、智能照明、门禁系统、投影仪等,作用于无人机室内定高与避障、机器人避障、自动对焦等。

  汽车CMOS传感器追求HDR和无LED闪烁

  相对于消费级的3D传感应用的“风头”正劲,汽车上的CMOS图像传感器应用热度亦不断“升温”。随着自动驾驶的风生水起,ADAS的应用不断加码,使得汽车上需要搭载后视、前视、环绕视CMOS摄像头,以直接获取周围环境的图像信息。预计汽车搭载的CMOS传感器数量有望超过10个,2020年销售额可达18亿美元。

  汽车对CMOS传感器的需求集中于两大方向。张程怡介绍,一是宽动态(HDR),即在非常强烈的明暗对比下运用的一种技术,车用传感器不讲究多少万像素,追求的是HDR的能力。二是无LED闪烁。如今周边环境如红绿灯以其汽车上的LED灯使用越来越多,它是一种人眼看不到的闪烁灯,但这种闪烁对车载摄像系统影响很大,或导致摄像头丢失信息,导致系统做出错误的判断甚至撞车。

  在这一市场淘金的有安森美、Omnivision、索尼、Gentex、Melexis等厂商。ST为此祭出的“武器”是新型传感器VG6768和图像处理器STV0971方案。

  张程怡强调,ST的双二极管方案可有效控制60Hz-4KHz的LED频率范围的闪烁。双二极管在大二极管上连续对长曝光进行积分运算;在小二极管进行中短曝光时间积分运算,成功扩展动态范围,同步解决 LED 光源闪烁问题。而双二极管在传感器的一层中实现,最难的是工艺,ST有自己的封装测试厂,这为其实现创造了条件。业界的HDR一般是120 -130dB,而ST的图像处理器STV971可做到145dB。

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  如今HDR、无闪烁CMOS图像传感器已在汽车行车记录仪、前视摄像头、智能倒车摄像头、后视镜等应用,后续将拓展至新型的ADAS摄像头、E-mirror等,宽动态、无LED闪烁的强大能力使得“一切皆有可能”。

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