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AR和VR是否会成为ToF发展的新风口

  根据HIS Markit机构2018年对ToF传感器市场份额的预测,2020年ToF传感器在智能手机领域的市场份额将达到大约6.2亿美元。随着ToF应用场景的增多,从2021年到2022年,ToF传感器在智能手机的份额将从6.8亿美元下降到6.3亿美元,但智能手机市场仍然占据最大版图。

  根据HIS Markit机构2018年对ToF传感器市场份额的预测,2020年ToF传感器在智能手机领域的市场份额将达到大约6.2亿美元。随着ToF应用场景的增多,从2021年到2022年,ToF传感器在智能手机的份额将从6.8亿美元下降到6.3亿美元,但智能手机市场仍然占据最大版图。

  为何ToF技术在手机领域如此受欢迎?除了智能手机,ToF技术是否还有更多应用潜力,与3D感知紧密结合的AR和VR是否会成为ToF发展的新风口呢?

  智能手机的ToF,从检测走向感知

  想要解答ToF技术为何在手机领域如此受欢迎,就要先了解ToF技术在手机上应用有哪些。

  炬佑智能创始人兼CEO刘洋在接受雷锋网采访时表示,ToF在智能手机上的应用有主要有三个,一是包括人脸识别在内的活体识别,能够帮助改进支付方式;二是手机摄影优化,特别是能够通过更精准地判断景深程度提升整个照片的效果;三是伴随VR和AR的发展,具有良好感知能力的ToF能够帮助手机提供相应的深度信息。

  ToF技术面向智能手机的应用已经发展一段时间。早在2014年,ToF技术就用在智能手机前置距离传感器上,通过发射端主动发出光子,遇到障碍物时返回至接收端接收,主要应用于单点的光学测距,即主要在自动对焦、接近检测等方面发挥作用。

  直到2017年,iPhone X前置结构光模组开启了3D成像时代,其他手机厂商争相追逐,应用于3D感知的ToF产业链得以发展。根据刘洋的介绍,作为产业链的一环,炬佑智能基本上同国外一些做体外3D感知的公司同时发展,如今已经发展成一家在ToF芯片、产品和系统都可以量产落地的公司,提供智能传感产品和解决方案。逐渐完善的产业链让ToF技术的应用打破接近测距的局限,过渡到3D感知。

  事实上,3D成像和传感器模组包括ToF、双目测距和结构光三种关键技术。双目测距是模仿人眼的2个2D传感器组合在一起,需要两个以上的摄像头,软件复杂度高且精度好,但速度慢几乎不用于消费电子领域。

  iPhone X所推出的结构光技术通过红外光将大约3万个点阵投射到物体上,用数量庞大的点阵得到物体的深度信息,精度高但有效距离有限,因此适合手机刷脸支付。

  而ToF技术通过光源的飞行时间测量深度信息,软件集成度更低且速度更快,比结构光的材料成本低,尽管其精度逊与结构光,但也能够满足人脸识别所需要的精度,高速度和低价格使其广受手机厂商的欢迎。

  “从长远来看,相比于其他支持3D感知的核心技术而言,ToF技术的性价比更高。”刘洋说道。这就意味着,ToF技术的应用不局限于景深,随着3D感知在市场上的发展,ToF将释放出更大的潜力。

  从景深到AR和VR,技术难题只是第一步

  根据Markets and Markets的数据显示,2019年全球AR市场规模达到107亿美元,预计到2024年将达到727亿美元,复合增长率达46.6%。另外,预计中国AR市场规模在2024年达到59亿美元。

  刘洋认为,“在5G时代,AR、VR开始起步,不论是AR、VR应用所需的空间信息,还是三维信息,ToF都是最有效的核心技术,也是AR应用的最佳选择。”雷锋网了解到,对于AR应用,响应速度是关键指标之一,当从人的前庭感到运动到眼睛看到相应图像的时间差超过20ms时,人就会感到晕眩,除去显示和系统计算的时间,摄像头成像时间需要低于10ms。上文提到,在三种关键的3D感知技术中,ToF的速度最快,因此是AR应用的最佳选择。这也意味着,随着AR应用市场规模的增长,核心技术ToF也会随之增长。

  不过,面向AR应用,ToF也面临一些技术难题,其中最主要的是AR应用依靠动态的体验,因此需要在高动态的场景下实现ToF 性能。5G时代,ToF技术的功耗控制面临更高的需求。

  “多机干扰、多路径干扰、实时显示的高速动态追踪速度等等都是ToF的一些技术难题,但VR、AR的范围很广,需要针对具体的应用去做解决方案。面对这些ToF的技术难题,炬佑智能有很多解决方案,包括芯片级、硬件层面以及软件算法。例如面对多机多路径干扰问题,炬佑智能有自己独特的算法,可以支持上百个机器同时在一个区间得以应用。”刘洋说,针对ToF的技术难题,已经拥有基本的算法和方案,但是需要根据具体的VR、AR应用进一步优化。

  在功耗方面,炬佑智能也有intuitive TOF的系统技术,可以根据场景动态控制传感器和发光部分,降低ToF 系统的功耗。

  刘洋还提到,ToF的这些技术难题并不是VR和AR发展的瓶颈,相对而言,更难的是VR和AR本身所需的显示技术以及应用场景的开发。

  ToF与AR,将在互相匹配中发展

  既然ToF是AR、VR的核心技术之一,也没有所谓的“技术瓶颈”,那么AR和VR会成为ToF技术的下一个风口吗?刘洋认为,AR、VR需要3D感知技术,ToF作为最适合实现AR、VR的3D 感知技术必然会随着VR和AR的发展而发展。除此之外,物联网连接、智能家居、机器人等需要3D感知的产品也都是ToF的发展方向。

  刘洋还表示,“与其说AR、VR给ToF技术带来发展机遇,不如说两者是互相促进的关系,AR、VR的产品还不完善,尚未形成固定的技术系统,因此针对VR、AR产品的ToF技术在解决技术难题时,也没有固定的解决方案,需要根据具体的场景调整解决方案。例如集成在手机上的ToF 需要同周边的传感器摄像头匹配,更注重拍摄效果,而集成在眼镜里的ToF则更注重定位需求。”

  虽然AR、VR的产品尚未成熟,但已有不少ToF技术与其结合落地的案例。在AR方面,率先使用dToF 的iPad Pro还能够用来进行AR测量、AR游戏与AR装修设计。刘洋表示,在炬佑智能的合作厂商中,已有厂商做出3D平板,通过跟踪人的头部范围,做出相应的改变。另外在VR方面,也已有实现VR的眼镜和头盔,通过计算周边的景深数据确定方位。

  另外,需要注意的是,由于VR通常是在封闭的虚拟空间中进行的,AR并不要求封闭的空间,而是将虚拟与现实相结合,因此对终端用户而言,后者的应用范围更加广泛。这意味着,相比VR,AR带给ToF 的机遇更大。

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