手機(jī)大廠如何提升3D識別系統(tǒng)性能？1D ToF的創(chuàng)新應(yīng)用有哪些？

1D ToF的創(chuàng)新應(yīng)用有哪些？它是如何提升3D識別系統(tǒng)可靠性、穩(wěn)定性，降低系統(tǒng)功耗的？擁有傳感器核心技術(shù)的ams，能從哪些方面提升你的手機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)水平呢？

近日，在1D ToF研討會中，ams資深技術(shù)支持經(jīng)理白燕恭就以上熱點(diǎn)問題以及1D ToF的工作原理、應(yīng)用要點(diǎn)等做了精彩闡述，吸引到數(shù)百名專業(yè)觀眾觀看并參與互動，整場提出200多個(gè)專業(yè)問題，火爆程度可見一斑。精彩講解摘錄如下（詳盡內(nèi)容請看視頻回放）。

注：對ams或1D ToF還有任何想了解的，歡迎留言提出（有禮品相送，不可錯(cuò)過）。

視頻鏈接：https://v.qq.com/x/page/o09073bovlm.html

正式開講之前，例行做下公司介紹：ams是一家高速增長、擁有核心傳感器技術(shù)的公司，產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于通信、消費(fèi)、信息處理、汽車、工業(yè)和醫(yī)療電子等領(lǐng)域。

在智能手機(jī)和可穿戴市場上，ams傳感器已覆蓋的方向有：

近來需求火爆的3D傳感，包括核心組件垂直腔表面發(fā)射激光器（VCSEL）、泛光燈、飛行時(shí)間（ToF）等；
智能耳機(jī)，包括業(yè)界首次實(shí)現(xiàn)的半入耳式耳機(jī)主動降噪等；
后置相機(jī)的場景優(yōu)化，如白平衡、閃爍光源檢測、自動對焦等；
健康管理應(yīng)用中的血壓、血氧、心率等生命體征監(jiān)測；
可為電子商務(wù)，如網(wǎng)購，提供更精確顏色檢測的光譜傳感器；
更自然、更柔和的屏幕顯示等。

dToF技術(shù)的優(yōu)勢和核心要點(diǎn)

1D ToF技術(shù)已廣泛應(yīng)用于：距離檢測，如掃地機(jī)器人；接近傳感，擴(kuò)展至筆記本電腦等更大屏幕的鎖屏和解鎖，以及自動化工廠中的安全距離檢測，即用于工人與機(jī)器人近距離協(xié)同工作時(shí)控制安全距離；Trigger Sensing，用于無人機(jī)做室內(nèi)天花板/地面迫近檢測，以及商場中觸發(fā)自動開關(guān)門等?？梢哉f，只要對距離有精確測量需求的場景，就需要用到1D ToF。

從技術(shù)實(shí)現(xiàn)方式來分，1D ToF有兩種，一是直接測距dToF，即通過發(fā)射、接收光并測量光子飛行時(shí)間從而確定距離；二是市面上很成熟的非直接測距iToF，即通過測量發(fā)射波形和接收波形間的相位差換算飛行時(shí)間從而確定距離。相比之下，dToF具有True-distance，快速響應(yīng)、低功耗以及多物體同步精確檢測等優(yōu)勢。

目前領(lǐng)先的dToF傳感器，如ams的1D TMF8xxx系列，基于ams專有的單光子雪崩二極管（SPAD）像素設(shè)計(jì)和具有極窄脈寬的時(shí)間-數(shù)字轉(zhuǎn)換器（TDC），可實(shí)時(shí)測量光子的直接飛行時(shí)間，實(shí)現(xiàn)快速精準(zhǔn)確定物體的距離。（具體dToF技術(shù)原理，詳見篇首視頻講解）

手機(jī)大廠如何提升3D識別系統(tǒng)性能？1D ToF的創(chuàng)新應(yīng)用有哪些？

ams 1D ToF主打產(chǎn)品分析

簡單講下ams兩個(gè)主打dToF產(chǎn)品的特性，已成熟量產(chǎn)的TMF8701和即將發(fā)布的升級版TMF8801。

TMF8701有兩種工作模式：0-10cm 接近/遠(yuǎn)離檢測，可用于啟動顯示屏傳感器和關(guān)閉人臉識別系統(tǒng)；10-60cm準(zhǔn)確距離測量，可用于觸發(fā)更高功耗的人臉識別系統(tǒng)（具體工作原理解析見視頻，文字摘錄見下節(jié)案例分享）。TMF8801的提升主要在于工作距離的擴(kuò)展，可遠(yuǎn)至2.5m。

值得特別留意的是，TMF8701能夠以低功率運(yùn)行，在以10Hz頻率采樣時(shí)，接近傳感模塊耗能僅為940μA，極低的功耗使其非常適合保持常開，可作為智能手機(jī)臉部識別系統(tǒng)的喚醒器件。

手機(jī)大廠如何提升3D識別系統(tǒng)性能？1D ToF的創(chuàng)新應(yīng)用有哪些？

ams的dToF傳感器TMF8xxx系列，有如下5大優(yōu)勢（直方圖作用機(jī)制、產(chǎn)品參數(shù)對比等，請看視頻），即：

多路徑干擾抑制，即SPAD秒表計(jì)時(shí)的精確控制和直方圖機(jī)制，可最大限度降低多路徑效應(yīng)影響；
卓越的油污抑制；
人眼安全檢測，已通過1級人眼安全認(rèn)證；
環(huán)境光高抗干擾性，集成了光學(xué)濾波器，可以消除強(qiáng)光如太陽光中的紅外部分，把干擾降到最低；
芯片尺寸小，比市面成熟產(chǎn)品節(jié)省33%的空間。

抑制光干擾是光電設(shè)計(jì)中非常重要且極具挑戰(zhàn)性的工作，ams給出TMF8x01光設(shè)計(jì)指南如下：

空氣間隙（airgap），即Sensor的下表面到蓋板玻璃的下表面的間距，建議為0.3-0.6mm；
玻璃厚度0.55mm；
發(fā)射端和接收端的玻璃開孔孔徑分別為1.5和1.1mm；
擋墻設(shè)計(jì)；
蓋板上的油墨建議為85%透過率的紅外油墨；
組裝公差建議為+/-0.20mm。

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1D ToF應(yīng)用案例深度分享

最后，講下1D ToF的應(yīng)用案例。除了廣為人知的應(yīng)用方式，在智能手機(jī)中，1D ToF還可用于當(dāng)下最流行的前置3D傳感面部識別系統(tǒng)。以基于1D ToF等傳感系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的Attention Aware功能為例。

現(xiàn)在用戶手機(jī)里的應(yīng)用越來越多，每個(gè)應(yīng)用上花費(fèi)的有效時(shí)間是多少？這個(gè)數(shù)據(jù)可以幫助用戶優(yōu)化其時(shí)間分配，同時(shí)，也是廣告客戶應(yīng)用投放參考。而Attention Aware功能就可以用于記錄用戶在不同應(yīng)用上的有效時(shí)間。

具體的生效流程如下：

手機(jī)非鎖定狀態(tài)；
低功耗的1D ToF保持常開狀態(tài)，實(shí)時(shí)進(jìn)行存在檢測及人臉距離檢測；
人臉在工作范圍內(nèi)，喚醒功耗更高的泛光燈+紅外攝像去做2D的臉部和眼睛監(jiān)測；
如用戶注意力監(jiān)測時(shí)發(fā)現(xiàn)未檢測到人臉、眼睛轉(zhuǎn)向他處、閉眼過長時(shí)間等，即可判定用戶注意力不在手機(jī)上，則手機(jī)屏幕可在20秒內(nèi)關(guān)閉。

手機(jī)大廠如何提升3D識別系統(tǒng)性能？1D ToF的創(chuàng)新應(yīng)用有哪些？

3D人臉識別+Attention Aware的工作流程則略有擴(kuò)展。在常開狀態(tài)的1D ToF檢測通過、喚醒泛光燈及紅外攝像后，做頭部、眼部檢測及距離檢測，通過后才喚醒高耗能的3D成像來進(jìn)行臉部深度信息采樣，比對通過后解鎖。

需要留意的是，在3D提取臉部深度信息和特征信息做校驗(yàn)時(shí)，依然需要1D ToF做距離檢測，以提供臉部距離給3D做距差還原后進(jìn)行比對。這是因?yàn)椋?dāng)人臉離屏幕的距離與掃描入庫時(shí)的規(guī)范距離不一致的時(shí)候，臉部會略有些變形，需要在比對時(shí)做還原處理。通過這樣縝密的人臉識別進(jìn)行解鎖，能夠提升解鎖系統(tǒng)的安全性。

實(shí)測數(shù)據(jù)顯示，集成1D ToF的3D識別系統(tǒng)，1次解鎖流程可節(jié)能超70%。更需留意的是，未集成1D ToF的3D識別系統(tǒng)有效工作距離更窄，由正常的20-60cm縮減為25-40cm，用戶體驗(yàn)更差（具體講解，請看開篇視頻）。

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