关于3D图像传感器的性能分析和应用

移动通信领域的一大发展趋势就是通过3D脸部识别而不是指纹或PIN码来解锁智能手机。这使得身份验证更方便、更安全，对于移动支付应用和手机识别应用而言，这很快就会变得不可或缺了。凭借英飞凌科技股份公司推出的3D图像传感器芯片，脸部识别解锁功能会变得更智能、更快捷、更可靠。

英飞凌携手创新合作伙伴pmdtechnolgies公司，以飞行时间（ToF）技术为基础，开发出属于REAL3芯片产品系列的全新3D图像传感器。这可助力实现尺寸小于12 mm x 8 mm的全球最小的智能手机摄像头模块，其中包含接收光学器件和VCSEL（垂直腔面发射激光器）。英飞凌和pmdtechnologies公司在2018国际消费电子展CES 上展示该产品创新成果。这款芯片在德累斯顿生产，在慕尼黑和格拉茨研发，融入了来自德国和奥地利的专业技术知识。

ToF优势助力实现快速市场增长

市场预测认为采用3D传感功能的智能手机数量将从2017年的大约5000万部增至2019年的大约2.9亿部。相比双目可见光或结构光等其他3D传感器原理而言，飞行时间技术能在电池供电移动设备的性能、大小和功耗方面带来诸多优势。

两个要素决定了摄像头的范围和测量精度：发射和反射的红外光强度，以及3D图像传感器芯片的像素灵敏度。该REAL3芯片的分辨率为3.8万像素，每个像素都有独特的背景照明抑制（SBI）电路。它可以利用940 nm红外光源，使投射光不可见，进一步提升室外性能。此外，IRS238xC集成专用功能，以支持完整解决方案的第一级激光安全级别。

ToF摄像头模块可投入批量生产

英飞凌与pmdtechnolgies公司推出的摄像头是集成于商用智能手机的唯一基于ToF原理的深度摄像头。它已赢得领先的手机用摄像头模块制造商的信赖，并已被证实可以高效批量生产。此外，在使用过程中不需要对其重新校准。

全新英飞凌3D图像传感器芯片的样品现已开始供货。计划于2018年第四季度开始批量生产。Sensible Vision公司和IDEMIA等软件合作伙伴提供用于用户脸部检测和身份验证的应用软件。采用REAL3 3D图像传感器芯片的演示产品现可供货。

飞行时间技术优于结构光技术

较之双目可见光或结构光技术，飞行时间（ToF）技术具有多重优势：

ToF图像传感器芯片直接测量到对象的距离。在其他3D技术中，距离的计算要通过复杂算法进行。因此，ToF更快捷、更可靠，并能降低应用处理器的功耗。

将调制红外光发射到整个场景。该3D图像传感器芯片的分辨率为3.8万像素，可测量红外光在摄像头和对象之间往返所花的时间。每个像素检测反射光的相位延迟，产生高度可靠的距离信息，同时产生完整场景的灰阶图像：即使通过单帧数据采集也能实现脸部验证。

在英飞凌开发的特定制造环节中，显微透镜被应用于每个像素。因此，尽管像素很小（仅为14 x 14µm），但高光学灵敏度能实现使用期间非常低的功耗。

ToF在户外性能方面非常出色。该全新图像传感器芯片可支持940 nm光源，并且每个像素都有独特的背景照明抑制（SBI）电路。即使有两倍的照明峰值功率，结构光摄像头在这种阳光条件下也不能提供任何可用的深度数据。

ToF摄像头模块设计简单牢靠。ToF摄像头仅包括两个关键组件：图像传感器芯片和照明元件，二者之间机械无缝连接。其结果就是带来非常小的摄像头模块——能灵活集成于手机，以及精简而快速的校准程序。预计2019年大批量生产的BOM物料成本将低于10美元。