dTOF行業(yè)發(fā)展分析報(bào)告2020年7月

HYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINKHYPERLINK\l"br0"BOMHYPERLINK\l"br0"HYPERLINK\l"br0"預(yù)測(cè)HYPERLINK\l"br0"HYPERLINK\l"br0".......................................................................................................................................17HYPERLINK\l"br0"圖表HYPERLINK\l"br0"HYPERLINK\l"br0"31HYPERLINK\l"br0"：HYPERLINK\l"br0"3DHYPERLINK\l"br0"HYPERLINK\l"br0"sensingHYPERLINK\l"br0"HYPERLINK\l"br0"供應(yīng)鏈HYPERLINK\l"br0"..................................................................................................................................18HYPERLINK\l"br0"圖表HYPERLINK\l"br0"HYPERLINK\l"br0"32HYPERLINK\l"br0"：HYPERLINK\l"br0"TOFHYPERLINK\l"br0"HYPERLINK\l"br0"的結(jié)構(gòu)HYPERLINK\l"br0"HYPERLINK\l"br0"............................................................................................................................................18HYPERLINK\l"br0"圖表HYPERLINK\l"br0"HYPERLINK\l"br0"33HYPERLINK\l"br0"：HYPERLINK\l"br0"TOFHYPERLINK\l"br0"HYPERLINK\l"br0"的五大核心單元HYPERLINK\l"br0"...............................................................................................................................19HYPERLINK\l"br0"圖表HYPERLINK\l"br0"HYPERLINK\l"br0"34HYPERLINK\l"br0"：HYPERLINK\l"br0"TOFHYPERLINK\l"br0"HYPERLINK\l"br0"供應(yīng)鏈?zhǔn)崂鞨YPERLINK\l"br0"HYPERLINK\l"br0".....................................................................................................................................19一、開(kāi)啟深度信息的新未來(lái)3D是智能手機(jī)創(chuàng)新的趨勢(shì)之一，當(dāng)前正加速向中低端手機(jī)滲透。目前實(shí)現(xiàn)3DF是結(jié)構(gòu)光和則憑借自身優(yōu)勢(shì)成為在移動(dòng)端較被看好的方案。圖表1：傳感系統(tǒng)資料來(lái)源：AMS，市場(chǎng)部，互聯(lián)網(wǎng)ToF的多場(chǎng)景應(yīng)用呈現(xiàn)出了比結(jié)構(gòu)光更為廣闊的發(fā)展前景。作用距離的劣勢(shì)限制結(jié)構(gòu)光的應(yīng)用，技術(shù)則彌補(bǔ)了距離上的缺陷，可以被應(yīng)用于包含人臉識(shí)別、建模以及手勢(shì)識(shí)別、體感游戲、在內(nèi)的更多場(chǎng)景中，能夠?yàn)橹悄苁謾C(jī)帶來(lái)更娛樂(lè)性和實(shí)用性的體驗(yàn)。此外，相比結(jié)構(gòu)光技術(shù)，的模組復(fù)雜度低，堆疊簡(jiǎn)單，可以做到非常小巧且堅(jiān)固耐用，在屏占比不斷提高的外觀趨勢(shì)下，更得到手機(jī)廠商的青睞。圖表2技術(shù)路線比較采用ps級(jí)測(cè)量系統(tǒng)，直接測(cè)量光的飛行時(shí)間，采用特定頻率的調(diào)制紅外光，計(jì)算相位漂移，間接原理即發(fā)射脈沖和接收脈沖之間的時(shí)間間隔測(cè)量飛行時(shí)間核心組件精度VCSEL、SPAD傳感器、TDC等VCSEL、i-ToF、diffuser等理論精度可以達(dá)到mm級(jí)，測(cè)量誤差不會(huì)隨著目前的iToF深度精度在cm級(jí)，隨著測(cè)量距離增加，測(cè)量距離的增加而增大誤差變大目前車(chē)載激光雷達(dá)dToF已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)200m以有效探測(cè)距離低于10米表現(xiàn)較好上的測(cè)距距離；iPadPro可達(dá)到5米圖像分辨率功耗較低較高較低較高成本較高較低抗干擾能力工藝難度量產(chǎn)標(biāo)定抗環(huán)境干擾能力較強(qiáng)強(qiáng)環(huán)境光會(huì)引起誤差增加復(fù)雜復(fù)雜簡(jiǎn)單簡(jiǎn)單在物體識(shí)別，3D重建以及行為分析等應(yīng)用場(chǎng)景中能夠重現(xiàn)場(chǎng)景中更多的細(xì)節(jié)信息，在智能手機(jī)、機(jī)器人、新零售等領(lǐng)域應(yīng)用更多車(chē)載激光雷達(dá)、AR/VR等新應(yīng)用、高端消費(fèi)電應(yīng)用場(chǎng)景子領(lǐng)域資料來(lái)源：青亭網(wǎng)，光鑒科技《ToF深度相機(jī)技術(shù)白皮書(shū)》，市場(chǎng)部，互聯(lián)網(wǎng)（ofFlight離，本質(zhì)上是時(shí)間維度測(cè)量。根據(jù)測(cè)距的方式不同，目前存在兩種技術(shù)路線：FF（直接飛行時(shí)間，直接測(cè)量飛行時(shí)間，原理是通過(guò)直接向測(cè)量物體發(fā)射光脈沖，并測(cè)量反射光脈沖和發(fā)射光脈沖之間的時(shí)間間隔，得到光的飛行時(shí)間，從而直接計(jì)算待測(cè)物體的深度。F則是通過(guò)發(fā)射特定頻率的調(diào)制光，檢測(cè)反射調(diào)制光和發(fā)射的調(diào)制光之間的相位差，測(cè)量飛行時(shí)間。圖表3：原理示意圖資料來(lái)源：電子發(fā)燒友，市場(chǎng)部，互聯(lián)網(wǎng)間接測(cè)量飛行。F原理為把發(fā)射的光調(diào)制成一定頻率的周期型信號(hào)，測(cè)量該發(fā)射信號(hào)與到達(dá)被測(cè)量物反射回接收端時(shí)的相位差，間接計(jì)算出飛行時(shí)間。由于Fsensor的相對(duì)較小，可實(shí)現(xiàn)相調(diào)制頻率越高則測(cè)距精度越好，高調(diào)制頻率意味著對(duì)應(yīng)的測(cè)距距離不能太大，并且環(huán)境F主要應(yīng)用在手機(jī)面部識(shí)別、手勢(shì)識(shí)別等測(cè)距距離較短的場(chǎng)景中。傳感器電路相對(duì)簡(jiǎn)單，難點(diǎn)主要在深度算法，安卓陣營(yíng)自年引入并推v外，F(xiàn)在物體識(shí)別，3D重建以及行為分析等應(yīng)用場(chǎng)景中能夠重現(xiàn)場(chǎng)景中更多的細(xì)節(jié)信息，因此還被廣泛應(yīng)用于機(jī)器人、新零售等領(lǐng)域。圖表4：截至到2019年部分采用的機(jī)型資料來(lái)源：愛(ài)集微，市場(chǎng)部，互聯(lián)網(wǎng)dToF直接測(cè)量飛行時(shí)間，具備低功耗、抗干擾等優(yōu)勢(shì)，適用于對(duì)測(cè)距精度要求高的較遠(yuǎn)距離測(cè)距場(chǎng)景。隔的測(cè)量，直接計(jì)算待測(cè)物體的深度。測(cè)距原理使得dTOF測(cè)量精度不會(huì)因距離增大而降低，功耗更低同時(shí)對(duì)環(huán)境光的抗干擾能力更強(qiáng)。圖表5：原理示意圖資料來(lái)源：電子發(fā)燒友、市場(chǎng)部，互聯(lián)網(wǎng)dToF深度算法相對(duì)簡(jiǎn)單，難點(diǎn)在于用以實(shí)現(xiàn)較高精度的SPAD。要檢測(cè)光脈沖信（單光子雪崩二極管）或者APD（雪崩光電二極管）這類(lèi)傳感器來(lái)實(shí)現(xiàn)，集成度弱于普通的CMOS10μm是dTOF集成難度很高難以小型化應(yīng)用在手機(jī)等小型消費(fèi)電子上，因而除傳統(tǒng)熱門(mén)應(yīng)用領(lǐng)域車(chē)載之外，消費(fèi)電子領(lǐng)域目前僅有蘋(píng)果一家實(shí)現(xiàn)商用（Pro圖表6：的難點(diǎn)技術(shù)難點(diǎn)存在原因由于相對(duì)復(fù)雜的輔助電路占據(jù)面積較大，并且受限于功耗和芯片尺寸，陣列的像素較低。SPAD陣列密度SPAD光電轉(zhuǎn)換效率每個(gè)像素需要匹配quenchingcircuit，影響感光區(qū)域的占空比。暗電流材料缺陷或者熱效應(yīng)等原因的影響功耗與散熱SPAD需要較高的工作電壓，器件發(fā)熱也會(huì)影響雪崩區(qū)域的反轉(zhuǎn)電壓。每個(gè)像素需雯處理大量脈沖信號(hào)，整體數(shù)據(jù)量大。為了提升轉(zhuǎn)換效率，在芯片上需要實(shí)現(xiàn)信號(hào)處理，需要多層晶圓堆疊工藝。技術(shù)壁壘較高，工藝復(fù)雜，成本較高。多層堆疊成本及供應(yīng)資料來(lái)源：騰訊優(yōu)圖、市場(chǎng)部，互聯(lián)網(wǎng)未來(lái)TOF會(huì)向更高集成度、更小的傳感器尺寸、更高分辨率發(fā)展。目前傳統(tǒng)的單像素尺寸最小可達(dá)到μm而目前μm傳感器電路設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，需占據(jù)較大的片上尺寸；像素尺寸則需暫時(shí)讓步于更高的集光效率。種種原因使得圖像傳感器的小型化存在一定困難。圖表7：圖像傳感器尺寸演進(jìn)資料來(lái)源：yole，市場(chǎng)部，互聯(lián)網(wǎng)半導(dǎo)體工藝改進(jìn)將有望實(shí)現(xiàn)傳感器小型化。傳感器廠商通過(guò)半導(dǎo)體工藝方案的IStacked的布線層移至下方，以及將光電轉(zhuǎn)換器、電子倍增器（electron）這些部分垂傳感器也可以用工藝實(shí)現(xiàn)，集成度已經(jīng)在數(shù)量級(jí)上逼近F方案。圖表8：圖像傳感器技術(shù)趨勢(shì)資料來(lái)源：、市場(chǎng)部，互聯(lián)網(wǎng)目前技術(shù)低分辨率的固有缺陷仍然存在，未來(lái)有望隨技術(shù)更迭而實(shí)現(xiàn)突破。目前F方面，英飛凌面向消費(fèi)市場(chǎng)的一般REAL3?傳感器（）也達(dá)到了3.8萬(wàn)像素，2019年推出的萬(wàn)像素；Pro2020的分辨率達(dá)到了3萬(wàn)像素；另外電路設(shè)計(jì)進(jìn)步也逐步提升著電路中的時(shí)間分辨率精度，有望帶來(lái)的分辨率的提升。二、未來(lái)最有潛力的應(yīng)用在AR領(lǐng)域目前手機(jī)是視覺(jué)與識(shí)別技術(shù)的興趣技術(shù)在技術(shù)在智能手機(jī)端加速滲透，的使用進(jìn)一步豐富著3D的應(yīng)用場(chǎng)景。伴隨的發(fā)展，有望成為智能手機(jī)攝像頭的下一個(gè)風(fēng)口。助力消費(fèi)級(jí)技術(shù)的應(yīng)用亦是AR的兩3D測(cè)距需求的是最能體現(xiàn)優(yōu)勢(shì)的功能之一。3D攝像頭技術(shù)提供的手勢(shì)識(shí)別功能將成為未來(lái)領(lǐng)域的核心交互手段。目前各大廠商推出的設(shè)備大都需要控制器，游戲控制器的優(yōu)勢(shì)在于控制反饋及時(shí)、組合狀態(tài)多。根據(jù)2019年將達(dá)到727億美元，復(fù)合增長(zhǎng)率達(dá)46.6%。過(guò)去幾年中，以、英特爾、高通和三星為代表的公司在市場(chǎng)規(guī)模預(yù)計(jì)在年將達(dá)到約59約占42%，其次是汽車(chē)（18%15%）以及航空與國(guó)防（10%）等。圖表9市場(chǎng)規(guī)模（年為預(yù)測(cè)值）圖表：中國(guó)AR應(yīng)用細(xì)分領(lǐng)域情況全球AR市場(chǎng)規(guī)模（億美元）8007006003002001000其他2%18%工業(yè)6%10%游戲7%零售資料來(lái)源：MarketsandMarkets，市場(chǎng)部，互聯(lián)網(wǎng)資料來(lái)源：GlobalMarketInsights，市場(chǎng)部，互聯(lián)網(wǎng)室內(nèi)設(shè)計(jì)?？頟ro技術(shù)，通過(guò)這一技術(shù)可以獲得空間的深度信息，建立詳細(xì)的室內(nèi)環(huán)境空間數(shù)據(jù)，模擬出擺放了新家具后的情況。宜家的Place讓家居產(chǎn)品的外觀和在家中的擺放效果直接呈現(xiàn)在用戶(hù)眼前。圖表：2020款iPadPro圖表：Place利用AR展示房間布臵資料來(lái)源：蘋(píng)果官網(wǎng)，市場(chǎng)部，互聯(lián)網(wǎng)資料來(lái)源：宜家官網(wǎng)，市場(chǎng)部，互聯(lián)網(wǎng)醫(yī)療學(xué)習(xí)。CompleteAnatomy是一款教醫(yī)學(xué)院學(xué)生通過(guò)虛擬技術(shù)了解心臟、實(shí)時(shí)肌肉運(yùn)動(dòng)、神經(jīng)系統(tǒng)等人體結(jié)構(gòu)的軟件，在2020款Pro上可以使用這一軟件，它將幫助專(zhuān)業(yè)人士更準(zhǔn)確的評(píng)估病人的身體運(yùn)動(dòng)情況，為未來(lái)醫(yī)學(xué)發(fā)展帶來(lái)更多可能性。圖表：Complete借助2020款iPadPro中的激光雷達(dá)掃描儀展示人體結(jié)構(gòu)資料來(lái)源：蘋(píng)果官網(wǎng)，市場(chǎng)部，互聯(lián)網(wǎng)3D攝像頭技術(shù)提供的手勢(shì)識(shí)別功能將成為未來(lái)AR/VR領(lǐng)域的核心交互手段。目前各大廠商推出的設(shè)備大都需要控制器，游戲控制器的優(yōu)勢(shì)在于控制反饋及時(shí)、組合狀為例，就擁有一組四個(gè)環(huán)境感知攝像頭和一個(gè)深度攝像頭，環(huán)境感知攝像頭用于人腦追蹤，深度攝像頭用于輔助手勢(shì)識(shí)別并進(jìn)行環(huán)境的三維重構(gòu)。拍照虛化。具備更好的景深信息采集功能，加入智能手機(jī)后攝模組后，能夠?qū)崿F(xiàn)快速、遠(yuǎn)距離獲取更高精度的深度圖（depthmap建模，而且由于自帶紅外光源，其在暗光環(huán)境下獲得的景深信息同樣準(zhǔn)確。因此，有2019Pro成像與感知模組中加入鏡頭輔助，鏡頭獲取的更多景深信息加強(qiáng)背景虛化功能，相比雙目視覺(jué)更加精準(zhǔn)，使得得到的圖像虛化邊緣更加清晰、更具表現(xiàn)力。圖表：人像背景虛化樣張資料來(lái)源：華為手機(jī)，市場(chǎng)部，互聯(lián)網(wǎng)手勢(shì)識(shí)別。目前不少手機(jī)具備的懸浮手勢(shì)識(shí)別功能，不用直接接觸手機(jī)屏幕，僅借由前臵感知，通過(guò)如在手機(jī)前揮揮手這樣簡(jiǎn)單的操作來(lái)實(shí)現(xiàn)翻頁(yè)、滾屏技術(shù)能夠采集到被拍攝人的身體深度信息，捕捉和采集身體的動(dòng)作，進(jìn)行手勢(shì)判定，控制預(yù)制的3D建模人偶的形象和動(dòng)作，實(shí)現(xiàn)真人和3D虛擬形象跟隨，用身體、動(dòng)作和手勢(shì)做游戲交互。圖表：ToF應(yīng)用于體感游戲資料來(lái)源：榮耀手機(jī)，市場(chǎng)部，互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用是、時(shí)代的催化劑。考慮到的兩個(gè)獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)——作用距離長(zhǎng)、刷新率高，存在遠(yuǎn)距離3D測(cè)距需求的是最能體現(xiàn)優(yōu)勢(shì)的功能之一。3D攝像頭技術(shù)提供的手勢(shì)識(shí)別功能將成為未來(lái)領(lǐng)域的核心交互手段。圖表：ToF移動(dòng)端應(yīng)用前景資料來(lái)源：PCPOP.COM，市場(chǎng)部，互聯(lián)網(wǎng)dTOF技術(shù)的應(yīng)用有望推動(dòng)AR內(nèi)容的完善AR普及年便針對(duì)開(kāi)發(fā)者們發(fā)布了用于設(shè)備上應(yīng)用開(kāi)發(fā)的開(kāi)發(fā)工具，2020年發(fā)布的Pro為消費(fèi)電子設(shè)備首次搭載模組，可視為蘋(píng)果針對(duì)5G時(shí)代Pro搭載的310mdTOF圖像傳感器，SPAD的芯片和的驅(qū)動(dòng)芯片，能達(dá)到ps級(jí)時(shí)間分辨率，可實(shí)現(xiàn)5米范圍內(nèi)的建模速度、更高的測(cè)量精度和更少的抖動(dòng)、錯(cuò)位。圖表：iPadPro后臵鏡頭模組圖表：iPadPro中搭載的Sony基于SPAD陣列的dToF傳感器資料來(lái)源：麥姆斯咨詢(xún)，市場(chǎng)部，互聯(lián)網(wǎng)資料來(lái)源：麥姆斯咨詢(xún)，市場(chǎng)部，互聯(lián)網(wǎng)的方案首次采用3D堆疊工藝，像素內(nèi)連接通過(guò)混合鍵合互連技術(shù)將探測(cè)器晶圓和邏輯電路晶圓鍵合實(shí)現(xiàn)，同時(shí)，深溝槽隔離（trench）也被應(yīng)用，充滿(mǎn)金屬的溝槽完全隔離了像素。從而有效控制了dTOF傳感器的尺寸，使其成功的應(yīng)用在這類(lèi)小型消費(fèi)電子設(shè)備中。圖表：索尼dToF圖像傳感器橫截面圖——采用3D堆疊工藝資料來(lái)源：麥姆斯咨詢(xún)，市場(chǎng)部，互聯(lián)網(wǎng)目前Pro的共呈現(xiàn)出三種典型場(chǎng)景的應(yīng)用。測(cè)量、游戲和裝修設(shè)計(jì)?？蓪?shí)現(xiàn)對(duì)物體尺寸、建筑物更精細(xì)的測(cè)量。游戲：通過(guò)對(duì)周?chē)鎸?shí)環(huán)境的掃描和快速獲得深度信息能力，為游戲開(kāi)辟了更廣闊的設(shè)計(jì)空間。如官網(wǎng)展示的《熾熱熔巖Lava)》電子游戲，可以把客廳變成一個(gè)虛擬的熔巖環(huán)境，游戲中的玩家可以跳到家具上以此來(lái)避開(kāi)模擬中的地板熔巖。Pro上市后帶動(dòng)開(kāi)發(fā)者不斷豐富平臺(tái)上游戲因?yàn)橥娣ㄉ?jí)而更具有生命力。裝修：上的app，借助對(duì)房間進(jìn)行掃描創(chuàng)建模型，用戶(hù)可以對(duì)該模型展開(kāi)編輯或添加新對(duì)象，使用可以查看實(shí)際房間在編輯后的虛擬效果，幫應(yīng)用同樣可以通過(guò)掃描一個(gè)房間獲得與之匹配的家具推薦，然后使用查看家具擺放效果。圖表：iPadPro的應(yīng)用場(chǎng)景圖表：ARapp測(cè)量物體尺寸資料來(lái)源：飛象網(wǎng)，市場(chǎng)部，互聯(lián)網(wǎng)資料來(lái)源：飛象網(wǎng)、市場(chǎng)部，互聯(lián)網(wǎng)dTOF在為蘋(píng)果打通ARdTOF引入手機(jī)端以及更多地硬件設(shè)備dTOF內(nèi)容應(yīng)用，推動(dòng)應(yīng)用生態(tài)持續(xù)完善。圖表：華為3D地圖厘米級(jí)全場(chǎng)景呈現(xiàn)圖表：華為AR地圖支持高精度空間計(jì)算資料來(lái)源：華為，市場(chǎng)部，互聯(lián)網(wǎng)資料來(lái)源：華為，市場(chǎng)部，互聯(lián)網(wǎng)華為河圖（）定義地球級(jí)XR應(yīng)用（包括VR、AR、將AR應(yīng)用拓展到更廣闊的數(shù)字世界。華為河圖（）被定義用來(lái)提供地球級(jí)的虛擬現(xiàn)實(shí)融合服務(wù)的數(shù)字平臺(tái)，華為地圖是其推出的第一個(gè)商業(yè)產(chǎn)品，主要功能包括實(shí)景導(dǎo)航、全息信息展示、虛實(shí)融合拍照及其他虛擬活動(dòng)等。全場(chǎng)景空間計(jì)算能力是河圖的核心，這一能力所需的宏觀地圖可以使用衛(wèi)星定位，而室內(nèi)及一些微觀場(chǎng)所的建模定位則依賴(lài)智能手機(jī)的3D來(lái)完成