揭秘光学产业!手机/自动驾驶/VR背后的核心,中(3)
3D Sensing 主要有双目立体成像、结构光和飞行时间技术(ToF),其中结构光和ToF 两种比较成熟的方案,应用场景丰富,需求有望增加。
3D 结构光是基于激光散斑原理,结构光原理为通过近红外激光器向物体投射具有一定结构特征的光线,再由专门的红外摄像头进行采集获取物体的三维结构,再通过运算对信息进行深入处理成像。3D 结构光具有成像精度较高、反应速度快与成本适中的特点,但其识别距离有限(有效范围 1 米以内),主要用于近距离 3D 人脸识别,实现手机面部解锁、智能支付等功能。
时间飞行法(TOF)利用反射时间差原理,通过向目标发射连续的特定波长的红外光线脉冲,再由特定传感器接收待测物体传回的光信号,计算光线往返的飞行时间或相位差,从而获取目标物体的深度信息。TOF 方案具备抗干扰性强,刷新率较快,能够覆盖中远距离,可广泛应用在手势追踪、手机后置辅助相机等。
各品牌旗舰新机前置/后置摄像头
ToF 具体可以细分为间接测量飞行时间(iToF,indirect Time of Flight)和直接测量飞行时间(dToF,direct Time of Flight)。大部分的 iToF 采用测相位偏移的方法,即发射的正弦波与接收的正弦波之间的相位差,由于基于正向偏压的光电二极管以及其测量电路的时间分辨率比较低,为了避免各种因素的干扰才采用测量相位偏移的方法来达到低于硬件系统时间分辨率的效果。iTof 方案相对成熟,目前安卓系普遍采用iToF。
dTof 顾名思义直接测量光子飞行时间,但由于能达到 ps 级分辨率的测量系统成熟较慢,dToF 方案难度更大,目前仅苹果应用。dToF 方案功耗更低、成像速度更快、精度更高,有望在未来成为主流方案。
根据 Statista 数据显示, 2017 年3D Sensing 市场空间为 2.1 亿美金,而到 2023 年市场空间增长到 18.5 亿美金,年复增长率超 37.7%,市场空间广阔。Statista 预测至 2023 年消费电子将会是 3D Sensing 最大的应用市场,占总市场份额约 75%;自动驾驶和工业是消费电子行业外,另两大 3D Sensing应用领域,分别占近 13%和 9%市场份额。
3D Sensing 技术应用领域分布(亿美元)
3D Sensing 核心技术掌握在海外企业,中国企业主要供给低价值量和简单工艺的接收端产品。3D Sensing 分为发射端和接收端,接收端的技术难度和产品难度相对较低;而发射端因其技术难度高,价值量较大。现阶段 VCSEL 设计技术仍掌握在以 Lumentum 为代表的海外公司手里,但大陆企业在准直镜头、窄带滤光片、模组环节拥有深厚的技术储备。随着市场的发展,国内厂商技术成熟,国内供应商市占率有望进一步提升。
手机光学的另一大创新是潜望式摄像头, 变焦技术分为光学变焦和数码变焦两种,光学变焦通过移动镜头内部镜片组改变镜头焦距,镜头焦距越长,变焦倍数越高;受制于机身厚度,手机长焦镜头的长度有限,不能完成高倍数的变焦拍摄,因此提升变焦倍数就需要潜望式镜头来实现。潜望式摄像头是指将镜头与手机平面垂直放置的摄像头,需要增加镜片数量、棱镜,同时加入马达,实现镜头内部透镜的可移动,以此大幅增加摄像头的焦距,实现高变焦拍摄功能,进一步升级手机拍摄性能。
安卓主要手机厂商已搭载潜望式摄像头方案实现高倍率变焦。带潜望式功能的摄像模组由潜望式长焦镜头+常规短焦镜头(广角、超广角、主摄等)组成,其他常规镜头与长焦镜头配合,完成接力式变焦。目前OPPO、vivo、华为、三星、小米均有各自方案,但具体的摄像头参数和变焦倍数各不相同。
根据 IHS 数据, 2018 年光学式指纹识别模组的出货量预计将超过 9000 万颗;2019 年继续保持高速增长,出货量超过 1.75 亿颗;2021 年预计将超过 2.8 亿颗,2018-2021 年复合增长率达 20%。
二、 汽车自动驾驶化,光学行业新舞台
自动驾驶是一种通过摄像机、激光雷达或毫米波雷达等车载传感器来感知周围行车环境,并由计算系统依据所获取的信息进行自动化决策和路径规划,实现车辆智能控制的技术。
自动驾驶系统的引入能够有效降低人为因素造成的交通事故,密歇根大学交通研究所曾分析了 2013-2017 年 370 万辆汽车的行驶状况,发现 L1 和 L2 级别的自动驾驶系统可显著降低交通事故的发生概率。因此从安全性的角度出发,自动驾驶系统有望成为未来汽车的标配。
在自动驾驶的技术体系中,ADAS 技术是车辆实现路况感知、路径规划和自动控制的关键技术之一。而在ADAS技术中,负责视觉感应的传感器摄像头是核心之一。 视觉感知的核心是车载摄像头,其原理是由镜头采集图像后,摄像头内的感光组件电路和控制组件对图像进行处理并转化成电脑能处理的数字信号,从而实现感知车辆周边的路况情况。摄像头主要应用在 360 全景影像、前向碰撞预警、车道偏移报警和行人检测等 ADAS 功能中。
文章来源:《光学与光电技术》 网址: http://www.gxygdjs.cn/zonghexinwen/2021/0701/603.html
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