英飞凌,TOF在智能场景中的应用限制与挑战

在日前深圳由易维讯EEVIA举行的第八届年度中国电子ICT媒体论坛暨2019产业核技术展望研讨会上,来自英飞凌电源管理及多元化市场事业部的麦正奇,和大家探讨了电动智慧汽车所孕育的新机遇,同时详细讲述英飞凌REAL3图像传感器在移动设备的应用等热点问题。

现在的射频跟传感器,因为现在整个产业化体系往数位化进行,数位化大家可以听到很多不同的投屏,像5G等等之类的,这些跟射频跟传感器非常有连接。前一阵跟同行或媒体聊TOF的时候,我们聊到从早期2G、3G、4G开始,4G渐渐改变了人们的生活习惯,每个人的通讯跟每个人的连接都是用手机在做,用包括微信或者其它的通讯软件。所有的银行、资料也可以从手机上做。接下来的5G可能会改变的东西会更多,因为5G的一些特性会产生不只是人跟人之间的连接,还会人跟所有事物的连接。所以我想到了一个词是from connect people to connect everything。除了基本的通讯架构外,传感器会是一个非常重要的部分。过去的传感器主要以雷达为主,还有微机电的传感器,比如光学传感器或者是一些mmWave等等的传感器。今天我想带到TOF,TOF也是重要的传感器之一,未来我相信会应用在所有的手持装置甚至在各个不同的领域,在工业、汽车或消费电子上都会渐渐普及。

英飞凌希望连接到数字世界,提供完整的解决方案,让生活更加便利、安全、更环保,这是英飞凌不断要求做到的。

英飞凌有一个系列在市场上已经有一段时间了。在消费电子、工业、汽车都有不同领先的地位,在消费电子上主要是以移动装置为主,可以分成手持或者VR、AR头戴的产品。工业方面有自动化、安防、机器人等等的应用已经在发酵。在汽车部分,不管汽车的内部或外部,它已经是一个选项之一了。在工业移动方面的REAL3已经在量产化,借由英飞凌的先进地位,可以提供效能最佳、功耗最低,而且成本上占有极大优势的晶圆产品。在手持设备,REAL3已经开始生产,2014、2015年就开始跟几家厂商在手机上做一些距离的侦测,做两侧长度或者AR、VR的应用等。在汽车部分,目前正在研发的阶段,所以跟一些汽车的厂商在讨论,做一些立案的方式。英飞凌是自有工厂,除了研发到晶圆的生产,都是从本身的工厂出发,当然也可以跟代工厂以及其他厂商合作,甚至到软件运算的部分。

这是一个飞行时间技术的工作原理,左边是一个要被侦测的物体,右边是我们ToF主要生产的camere module,可以看到一个红外线的激光发射器,发出一个IR的光线到这个物体上。这个部分你可以看到,下面使用红外光源,而且在每一个点上可以做侦测,而不是只侦测一两个点。现在市场上有很多不同的ToF,或者很多不同的3D影像成形技术,英飞凌的TOF可以提供最精准的深度图。当你透过这个lens去sensor接收到的时候,它会产生一个深度讯息,因为它每一个点发出和接收的时间会有一定的差距,所以这是我们所谓的深度讯息。透过这个部分,会把所有的DATA去做一个演算,会得到两种不同的图,上边是一个灰阶的振幅图,下面是一个深度图,得到这些资料之后,可以再传输到演算法部分去做它需要做的动作。所以发射和讯号的传输看起来很简单,但是让所有的客户拿到最精准最可靠的深度讯息也是一个挑战。
    简单介绍一下REAL3的一些特质。我们透过3D的深度图加上2D的灰阶图,可以得到一个完整的深度讯息,这个深度讯息其实可以给客户去思考跟它想要做的一些应用,应用端其实我们有一些案例,不过这个应用端其实是非常广泛的,想象得到,只要客户可以把软体部分充分开发,其实3D的深度图可以做很多很多事情。在使用手机的相机或者一般相机时,其实有一个问题,就是在光源太强的状况下,每个像素点都会受到影响,所以你会看到下面的部分可能是白色的,会读不到相片里面的一些讯息。英飞凌的REAL3的演算方式可以在明媚的阳光下即强光下,不会有过度曝光的状况。可以实现非常紧凑的摄像头设计。最重要的是还可以做一次性的校正,只要出厂的时候做一次校正。再加上它是高度集成的,它是非常优化的结构和封装,所以它非常耐用。可能在另外的solution用结构光这些方面有不同的结构,所以在结构部分会稍微比较复杂一点,它可能需要不同的机械结构来做调整,但这个TOF用非常简单的方式做到非常小巧且坚固耐用。它深度计算量小,CPU占用量低,降低功耗,这对移动装置是最重要的,每个点都可以提供完整的深度讯息,它在传输出去的数据上,已经是可用的,不需要像其它结构那样用大量的CPU的演算取得它的深度讯息和幅度讯息,这样的结构、操作模式和原理下可以减少手机或移动装置电池的使用量,在热量的产生上可以有很好的效果。除此以外,我们在手持式,尤其手机部分,有一些其它问题必须要解决的是它的散热,它会不断地用CPU计算它的深度讯息,它的占比比较高,所以电池可能半天不到,甚至几个小时就耗尽,而且在操作的过程当中会产生一些热量,这个热量手机不一定可以接受。

这是一个应用的大方向,其实它的应用当然不止于此,从左边你可以看到,是智能手机的部分,其实它包含了所有的camera应用,有前置镜头、后置镜头。在前置镜头上可以做什么呢?目前已经跟客户在完整化一些应用,比如安全的生物特征,人脸辨识等等。已经有厂商可以做到完整的人脸辨识,但它的安全或者人脸讯息的细节够不够,多方有不同的说法。英飞凌在这方面的安全辨识,跟拍档做出来的是非常细腻的人脸3D图,可以提升它的安全规格。甚至在一开始就放一个视频,跟LG的合作,LG他们自己也做了一个手纹的辨识,手在镜头前面也是另外一个解锁的方式。另外看起来还有一些安全支付的应用,所以这个部分当然安全性提供的深度讯息越高,安全性可以做得越好,可以应用在一些比较敏感的应用上,比如像支付,小额、大额,这些部分是不是需要经过更高的安全规范,这也是我们目前在进行的。另外在3D的人脸扫描,自拍和3D打印、虚拟人物的架构、美颜的应用,这些深度讯息都可以提供非常好的方案,让这些应用厂商,让这些手机厂商去做更完善的软体的完整度。另外还有手势追踪,有手势追踪的讯息也可以做一些不同的手势判别,这也是在手机上目前我们看到的一些已经量产化的应用。在world facing部分,手机厂商也在想怎么提供给使用者更好的感受,他们现在提供的是人、物体、环境测量,用3D的方式测量出来,你可以看到在增强现实和虚拟现实部分都可以应用。还有在一些美颜功能,现在手机也可以达成演算的效果,但跟最后成像的效果好不好见仁见智,要拍出来漂亮的图片,可以利用深度讯息,所以好的TOF或者3D成像的一些资讯可以提供这些照片。VR、AR也是我们目前在谈的方向,包含了在室内的导航、显示方面都可以应用,当然这跟前面的手势追踪其实是类似的。另外,“由内而外追踪实现6DoF自定位”,以无人机来说,它是前后左右上下六个维度,因为无人机不晓得自己在哪里,所以当你有了这个深度讯息,在针对外部讯息的时候,你可以清楚地判别这个无人机是在哪一个位置,所以这也是我们目前跟厂商做合作的开发方向。

对于关键特性,在强光下面可以实现整个完整的深度讯息。英飞凌也有专门的演算法,智能的滤波跟伪影的校正,可以让数据的精准度跟讯息达到最完善。高集成度,可以提供给客户最好的BoM和整个物料成本。生产方面可以在5秒内做完一个校正,而且这个校正是终身性的,只要在出厂的时候做了,在后面应用时不需要再校正。下面你可以看到是高度集成、最优性能和灵活配置,TOF目前往高度集成的方向,把周边的性能都整合在芯片上面,这个部分对于厂商在生产上面的优势非常明显。在最优性能方面,CMOS技术可实现最高光敏性,包含微镜头。再加上特有的SBI,抑制背光的效能,这个特殊的软体方式,它可以在每一个点上去滤掉不同的杂质,或者在强光下显示最好的深度讯息。整个振幅可以到100MHz,这是目前市场上最好的性能。客户在设计的时候可以有不同的调整,比如曝光时间、调制频率、帧速率、相位序列,可以做不同的规划和调整。同时它还可以进行不同的模式,TOF在侦测的时候可以侦测远方和近方两种不同模式,同时做不同的应用,它可以多模式应用。同时可以只看你有兴趣的部分,你只对这个影子有兴趣,所以只做这个影子,所以这是非常灵活的调配结构。

从客户的观点,客户需要可靠、准确的深度数据,借由英飞凌最新的CMOS的技术,可实现最高IR光敏性。在强光下面或者在黑暗里面,它可以提供完整的深度讯息,这个也是透过我们的SBI,它可以再透过红外线跟SBI的方式,从而取得不管在强光下,或者在光线非常微弱下的完整讯息图,而不会像一般的相机有过曝或者曝光时间不足造成资料讯息是不完整的。在系统设计的灵活性,客户要求非常灵活,所以英飞凌的TOF我们可以提供客户非常灵活的设计。深度图计算量小,CPU占用量低,就是手机不可以过热,电池提供更久的操作时间,所以在每个点上我们提供直接的讯息,客户可以直接使用这些讯息,轻松校正,这个部分一次性的校正我们会有一些特殊的想法跟校正的方式,可以提供给我们的module客户,所以他们在产线上只需要做一次校正,这是非常大的优势。结构上只要不踩坏,是不需要再回来校正的,或者它是非常耐用的。还有移动设备上的可用性,室内室外可以用,配置有非常好的性能跟低功耗,可以应用在手机上,或者接下来的产品上都可以应用。

英飞凌的合作伙伴PMD tehnologies是软件部分跟TOF提供完整的解决方案,英飞凌是硬体方面提供技术,我们两家公司做了深度的结合,TOF我们是深度的跟PMD做了结合。刚才提到背景照明电路,这各部分可以提供非常准确、低功耗的方案。还有刚刚讲的高度集成,深度讯息跟最小巧的摄影镜头模块。

这是英飞凌跟PMD的配合模式,合作伙伴负责飞行时间技术研发、像素研发等,英飞凌是裸晶成像器、以及半导体工艺的研发,这种合作模式,跟模块供应商做配合,这个部分也会完整地提供一个解决方案。目前,英飞凌在晶片上提供上线的是第三代,第四代正在准备当中,PMD在TOF的领域上也超过十年的经验,英飞凌在TOF上是非常专业的。

英飞凌,分为四个事业部,主要有汽车电子事业部、DSS数字安全解决方案事业部,我现在归属的电源管理及多元化事业部,多元化代表的就是射频跟传感器,还有工业控制事业部,这是英飞凌主要的体系。在员工方面,全球有4万名员工,亚太地区占的比例很高,亚太地区有18,800名员工,欧洲也是重镇之一,研发的部分主要在德国、奥地利等欧洲国家。在美国因为前几年并购了IR,所以美洲我们也有将近四千名员工。财务方面,英飞凌在这几年非常健康,从2014年4.3 B欧元到去年7.6 B欧元。市场地位部分,汽车电子长期在TOP 2,有时候在TOP 1。功率半导体跟安全IC在市场上目前是TOP 1。



文章来源:http://www.ci800.com
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本文标签:英飞凌TOF
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生产日期:2019/4/18
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