據麥姆斯咨詢報道，在過去的一年里，蘋果公司結合其人工智能（AI）技術和3D攝像頭設計推出了iPhone X，引爆了3D視覺產業。飛行時間（Time-of-Flight）傳感器作為3D視覺中的重要一員，也越來越受到客戶的追捧。但是要將ToF傳感器設計成一套完整的、滿足客戶應用需求、并最終能夠走到量產階段的產品，對設計、制造、封裝以及客戶與供應商的配合要求極高。瑞士公司璦鐠瑞思（ESPROS）已經實現3D ToF芯片及模組的量產，為此，ESPROS中國區市場銷售總監金豐先生出席由麥姆斯咨詢和上海科技會展有限公司在上海跨國采購會展中心主辦的『第二十四屆“微言大義”研討會：3D視覺技術及應用』，并在會議上為觀眾分享了解決3D ToF模組量產問題的心得。

ESPROS中國區市場銷售總監金豐先生發表題為《量產為王——淺析3D ToF模組量產的難點》的演講

難點一：設計階段選擇正確參數和元器件ToF模組由鏡頭、光源、軟件、ToF圖像傳感器、光源驅動電路、接口、電源、控制器（或FPGA，即現場可編程門陣列）以及其他相關變量參數等九部分組成。金豐先生分析了相關變量參數對ToF模組的影響：“比如鏡頭的雜閃光，就很難用軟件處理。又或者量產客戶會了解到，隨著溫度的上升，整個ToF系統的靈敏度或者精度會下降，造成這個現象的原因可能是包括鏡頭、發送光源、接收芯片、驅動電路、供電等多因素所造成。所以如果要設計可靠的ToF系統，需要對所有的部分非常熟悉地掌握。因此，在設計ToF系統之前，用戶必須對實際應用場景非常清楚，才能正確地選擇ToF系統設計的重要參數，包括探測角度、精度、準度、幀率、接口等。”

設計ToF模組前需要熟悉的九個主要組成部分

計算光功耗也很重要，金豐先生談到“您可以選擇很好的LED或者VCSEL，但你同時也需要考慮成本、體積、功耗、散熱。當參數最終確定并設計出樣品之后，ToF模組量產之路才完成了30%。”難點二：ToF模組的標定和補償設計階段完成后，如何對ToF模組進行標定和補償是量產前的最大難點，目前能夠對ToF傳感器提供標定補償整體解決方案原廠非常少，因此也制約了客戶的大批量出貨。金豐先生解釋“電子信號在芯片里的傳播速度是1cm/ns，然而光的速度是30cm/ns，如果傳感器的所有測量距離精度要達到1.5厘米之內，芯片的完整信號處理必須控制在100ps之內，這是非常困難的。我們做標定和補償，目標是通過軟件降低各種元素對整個ToF模組的影響。”不過，要完全消除外界因素對ToF模組的影響是非常困難的，現實和理論的差距來自兩部分：“第一部分來自傳感器的設計、生產等因素；第二部分，實際應用中也會面臨一些問題，比如說光源的發熱、室外太陽光的干擾。我們需要做的是對每個模組進行標定和補償，通過軟件和算法進行優化，才能得到非常完美的ToF模組。”金豐解釋道。金豐先生展示了ESPROS完整的標定補償方式，“這款更加智能的標定套件，大小和鞋盒子相當，通過改變前面的面板就可以實現不同客戶使用同樣一套標定補償系統。ESPROS在芯片設計之初，基于這么多年對ToF傳感器的專業認知，我們內置了很多寄存器，能夠實現0~15米范圍內全部像素以30cm為步進的線性標定補償，并且在兩個月之前我們進一步開放了升級版的標定和補償系統，并進一步開放了芯片的寄存器，能夠實現以毫米為步進的線性標定補償，該類標定補償效果對人臉識別和3D建模非常有用。”

ESPROS提供的量產標定和補償方案

難點三：數據和圖像的改善，以及人眼安全問題產品做出來了，不代表馬上能夠大量出貨，金豐先生分享了曾經遇到的典型客戶應用問題。以拍照為例，好的攝影師和好的攝影設備缺一不可，另外非常重要的一點就是需要對照片進行“修圖（PS）”。通俗來講“我們也會針對于客戶的不同應用，提供不同濾波算法。比如說非常簡單的卡爾曼濾波適合室內3D建模，增加濾波后，精度能夠很好的從厘米級精度改善到毫米級精度。非常重要的一點是，不同的濾波器一定要對應不同的應用，例如高斯濾波、邊界濾波或者平滑濾波均有其獨特的應用場景。我們的最終目的是通過不同的濾波算法更好地匹配應用。”對于多機干擾的問題，ESPROS也有相應的解決方案，能夠直接在芯片理論層面上為客戶解決。

ESPROS從芯片理論層面上為客戶解決多機干擾問題

在實際ToF模組的設計過程中，客戶往往希望得到更廣的角度、更高的幀率和更遠的距離，這會導致選擇發射光源時面臨人眼安全問題。金豐先生介紹“我們目前在跟瑞士一所大學合作，一起研究制定人眼安全標準。因為ToF模組的應用場景非常多，不管是家用掃地機器人，還是路上的自動駕駛汽車，都需要滿足人眼安全，這樣才能夠讓所有基于ToF模組的應用不傷害人眼。”靈活的解決方案，滿足3D視覺產業鏈不同位置的客戶需求金豐先生談到“ToF產業鏈涉及最終應用客戶，還有模組廠、方案商，也包括如VCSEL和Lens（鏡頭）的合作伙伴。我們經過多年的積累，也希望給產業鏈的不同客戶提供整體解決方案。”

ESPROS目前量產芯片目錄ESPROS提供多種解決方案，滿足不同的客戶需求

針對產業鏈最頂端，或者說是終端客戶，不一定都需要從底層芯片開始設計ToF模塊，但又有實際的應用需求。金豐先生推薦了幾家方案合作商，如北醒（北京）光子、北京洛倫茲、上海數跡智能和深圳海伯森。針對有自己的軟件開發、接口、處理器，不一定需要整體模塊的客戶，金豐先生在研討會上向大家推薦了新推出的兩款產品：

（1）epc660模組：體積非常小，具備高精度的標定補償，非常適合做人臉識別和3D建模；

（2）epc635模組：體積只有8.3mm x 11.2mm x4.5mm，搭配VCSEL，最遠距離室內可達10米以上，適合掃地機器人、無人機等方案商。

如果客戶提出具體的模組定制化需求，金豐先生也有辦法：“我們會提供整套解決方案，會推薦客戶從ESPROS開發套件開始著手。根據客戶的應用需求，我們也會推薦不同的鏡頭廠商，這樣客戶就可以根據自己的需求選擇不同的鏡頭來測試。我們也會提供光學仿真表，包括LED、VCSEL的光源資料和芯片周邊的參考。最重要的一點：我們的目的不是為了去設計ToF系統，而是為了讓所有的客戶能夠直接做到量產階段，進而使ToF傳感器真正帶領人們在實際應用中得到更真實的3D世界感受。”