2017年9月，蘋果推出了全球首款搭載3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)的智能手機——iPhone X，并且以實現(xiàn)了3D人臉識別Face ID徹底取代了Touch ID指紋識別，隨后眾多手機大廠開始跟進(jìn)，3D sensing市場被徹底引爆。

根據(jù)第三方權(quán)威市調(diào)機構(gòu)Yole的預(yù)測數(shù)據(jù)也顯示，全球3D成像和傳感器的市場規(guī)模在2016–2022年的CAGR為38%，2017年市場規(guī)模18.3億美元，2022年將超過90億美元。其中，消費電子是增速最快的應(yīng)用場，2016–2022年的CAGR高達(dá)160%，到2022年市場規(guī)模將超過60億美元。

數(shù)據(jù)來源：Yole Developpement（單位：百萬美元）

相比之下德銀的數(shù)據(jù)更為樂觀，根據(jù)德銀預(yù)測，3D sensing的滲透率有望從2017年的3%提高到2018年的6%，2019年的20%和2020年的38%，搭載3D sensing的智能手機出貨量有望從2017年的3800萬部提高到2020年的6.35億部。整個市場規(guī)模有望從2017年的7億美金提高到2020年的140億美金，4年間年復(fù)合增長率高達(dá)173%。

目前，主流的3D成像技術(shù)主要有三種，分別是雙目主動立體視覺，結(jié)構(gòu)光和TOF（Time Of Flight）。

從技術(shù)上來看，雙目成像雖然有著3D成像分辨率高、精度高、抗強光干擾性強、成本低等優(yōu)勢，但是其缺點也非常明顯，比如其算法非常復(fù)雜、容易受到環(huán)境因素干擾、依賴環(huán)境光源、暗光場景表現(xiàn)不佳等。因此目前在手機上應(yīng)用相對較少。

3D結(jié)構(gòu)光雖然識別距離相對較短（作用距離大約0.2米到1.2米，甚至更遠(yuǎn)一點），模組結(jié)構(gòu)也比較復(fù)雜，成像容易受強光干擾，成本也相對較高，但是其通過一次成像就可以得到深度信息，能耗低、成像分辨率高，非常適合對安全級別要求較高的3D人臉識別、3D人臉支付等方面的應(yīng)用。而且由于蘋果iPhone X的率先應(yīng)用3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)的帶動，該技術(shù)目前已經(jīng)非常成熟。

除了蘋果之外，小米8透明探索版、OPPO Find X、華為Mate20 Pro/Mate 20 RS保時捷設(shè)計等眾多旗艦機型都有采用前置結(jié)構(gòu)光方案來實現(xiàn)3D人臉識別。

不過，由于結(jié)構(gòu)光在識別距離上的限制，使得目前結(jié)構(gòu)光在手機上的應(yīng)用，主要局限于前置，主要用作3D人臉識別解鎖、3D人臉識別支付以及3D建模等應(yīng)用，相對來說應(yīng)用面較窄。

而相比之下，另一種3D傳感技術(shù)——TOF雖然3D成像精度和深度圖分辨率相比結(jié)構(gòu)光要低一些，功耗較高，但是其優(yōu)勢在于識別距離更遠(yuǎn)，可以做到0.4米到5米左右的中遠(yuǎn)距離識別，抗干擾性強，而且FPS刷新率更高，這也使得TOF技術(shù)不僅可以應(yīng)用于3D人臉識別、3D建模等方面，還可適用于環(huán)境重構(gòu)、手勢識別、體感游戲、AR/VR等多方面的應(yīng)用，相比結(jié)構(gòu)光技術(shù)應(yīng)用面更廣。

所以，自去年下半年以來，不少手機廠商都紛紛開始推出基于后置TOF 3D技術(shù)的手機新品，比如OPPO R17 Pro、vivo NEX雙屏版、華為P30 Pro、三星S10 5G版等。

總結(jié)來說，雖然在蘋果的帶動下，3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)得到了快速的商用和放量，隨后眾多安卓手機廠商的跟進(jìn)，也推動了整個3D結(jié)構(gòu)光產(chǎn)業(yè)鏈的快速成熟，可謂是占盡了先機。但是，得益于作用距離更遠(yuǎn)、應(yīng)用面更廣，可以為智能手機帶來更多更好玩的應(yīng)用體驗，TOF大有后來居上之勢。

雖然，結(jié)構(gòu)光適用于近距離的3D識別，而TOF更適合于中遠(yuǎn)距離的3D識別，雙方存在著一定的互補關(guān)系，而手機前置采用結(jié)構(gòu)光，同時配備后置TOF，也確實可以給用戶帶來更好的體驗（傳聞下一代的iPhone就將配備前置結(jié)構(gòu)光+后置TOF），但是這必然帶來成本的大幅上升。

而且，從實際應(yīng)用來看，相對于目前主要被應(yīng)用于前置的結(jié)構(gòu)光來說，適應(yīng)性更強的TOF除了可被用在后置之外，其也可被用于前置，也能夠與3D結(jié)構(gòu)光一樣進(jìn)行3D人臉識別。而且，二者的成本也相差不大，所以結(jié)構(gòu)光與TOF之間既有互補關(guān)系的同時，也不可避免的存在著較大的競爭關(guān)系。那么在智能手機應(yīng)用上，3D結(jié)構(gòu)光和TOF 3D誰才會笑到最后？

近期芯智訊分別采訪了奧比中光、英飛凌、ams等3Dsensing領(lǐng)域的重要玩家，來看看他們是如何看待這個問題的。

奧比中光：結(jié)構(gòu)光成熟度更高，3D掃描效果更好

作為首家量產(chǎn)3D結(jié)構(gòu)光的國產(chǎn)技術(shù)方案商，在2017年蘋果iPhone X推出之前就已經(jīng)在3D sensing領(lǐng)域有了較深的積累。而在iPhone X引爆3D sensing市場之后，2018年6月，基于奧比中光自研的3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)方案的OPPO Find X也正式發(fā)布。

雖然定價高達(dá)4999元起，但OPPO Find X在京東上首銷就取得了47秒銷量破萬臺，15分鐘銷售額破億元的好成績。2018年7月24日，丘鈦科技發(fā)布的公告更是顯示，丘鈦科技拿到了OPPO的超100萬顆3D結(jié)構(gòu)光模組訂單。而作為OPPO Find X的3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)方案的獨家技術(shù)供應(yīng)商，奧比中光也引起了業(yè)內(nèi)更為廣泛的關(guān)注。

▲OPPO Find X的前置3D結(jié)構(gòu)光模組

值得一提的是，奧比中光的3D結(jié)構(gòu)光的算法及ASIC芯片均為自研。而在3D結(jié)構(gòu)光市場取得成功之后，奧比中光此前也曾透露，正在進(jìn)行TOF技術(shù)的研發(fā)，而且奧比中光在3D結(jié)構(gòu)光算法芯片研發(fā)上所積累的經(jīng)驗也能夠很好的應(yīng)用在TOF方案上。

而對于3D結(jié)構(gòu)光和TOF兩者誰更具前景的問題，奧比中光手機事業(yè)部總經(jīng)理胡科峰表示：“結(jié)構(gòu)光和TOF都是3D傳感方案，兩者各有優(yōu)缺點，并不存在誰全面壓倒誰的情況。我們不會單純?nèi)Ρ炔煌夹g(shù)的優(yōu)缺點，而是從手機客戶的角度出發(fā)，去分析哪種技術(shù)更適合落地到手機的應(yīng)用場景里?！?/p>

確實，對于智能手機來說，選擇一項技術(shù)，需要要考量的因素有很多，其中比較重要的是技術(shù)的成熟度和穩(wěn)定性。

目前結(jié)構(gòu)光落地在智能手機上的主要應(yīng)用是解鎖、支付。市面上采用結(jié)構(gòu)光方案做解鎖支付的有好幾家，其中iPhone X / iPhone Xs系列和OPPO Find X都是將3D人臉識別作為唯一的生物識別方案。這意味著用戶平均一天要解鎖兩三百次，就得讓結(jié)構(gòu)光輸出兩三百次的深度圖，一年365天，這個使用頻次是非常高的，而且是在各種環(huán)境下使用。另外用戶的基數(shù)也非常重要，目前結(jié)構(gòu)光方案的出貨量都是千萬級以上，這也意味著結(jié)構(gòu)光已經(jīng)能夠應(yīng)對這種千萬用戶以上的高頻次應(yīng)用考驗，而TOF暫無對等數(shù)據(jù)，表現(xiàn)還有待觀察。“不管最終是做什么應(yīng)用，3D傳感方案的核心功能都是一樣的，就是還原現(xiàn)實世界的三維特征。對現(xiàn)實世界三維特征的還原能力，就成了考量3D傳感方案的重要指標(biāo)之一?，F(xiàn)實世界的物體有不同的材質(zhì)和不同的輪廓，結(jié)構(gòu)光在材質(zhì)和輪廓的一致性方面有明顯優(yōu)勢。比如一些低反射率的材質(zhì)，球體，容易出現(xiàn)多路徑反射的復(fù)雜表面，結(jié)構(gòu)光都表現(xiàn)出更好的適應(yīng)性?！焙品鍙娬{(diào)：“能讓普通用戶直觀地看到這種還原能力的應(yīng)用之一就是3D建模（也叫3D掃描），結(jié)構(gòu)光同樣也可以應(yīng)用于手機后置，用來掃描3D物體，相比TOF，結(jié)構(gòu)光掃出來的物體更加的真實，掃描體驗也更好。”當(dāng)然，TOF技術(shù)也有它的優(yōu)點，比如遠(yuǎn)距離的相對精度比較好。胡科峰表示，具體得看客戶的選擇，是否TOF的優(yōu)點比“技術(shù)成熟度”和“3D還原能力”更重要。同時，兩種技術(shù)都在不停的演進(jìn)。而奧比中光作為3D方案的提供商，目標(biāo)是致力于給客戶提供最合適的3D方案?！拔覀儠掷m(xù)鉆研含這兩種方案在內(nèi)的所有3D技術(shù)，全力將最合適的3D方案提供給所有客戶?！?/p>

英飛凌：TOF前景更加廣闊

雖然從目前來看，3D結(jié)構(gòu)光的方案仍是市場的主流，采用的廠商較多（比如蘋果、OPPO、小米、華為等等），出貨量也很大。但是，從去年開始，在中遠(yuǎn)距離上適應(yīng)性更強的TOF 3D技術(shù)也開始備受市場關(guān)注。不少上游廠商也順勢推出了可用于智能手機的解決方案。

在2018年的CES展會上，英飛凌攜手pmd technologies（以下簡稱pmd）首次展示了全球尺寸最小的TOF 3D攝像頭模組參考設(shè)計，其尺寸僅為12mm x 8mm。雙方合作推出的這款TOF解決方案，包括攝像頭、圖像傳感器、軟件驅(qū)動程序、3D深度處理管道、參考設(shè)計和定制支持、模塊制造商培訓(xùn)和支持資源，以及參考生產(chǎn)裝置設(shè)置，以便模塊制造商和原始設(shè)備制造商進(jìn)行校準(zhǔn)和測試。其中，pmd負(fù)責(zé)TOF技術(shù)研發(fā)、像素研發(fā)等，英飛凌則負(fù)責(zé)裸晶成像器、以及半導(dǎo)體工藝的研發(fā)，以及跟模塊供應(yīng)商做配合。

值得注意的是，在CES上pmd還宣布與集成光學(xué)器件和光學(xué)成像系統(tǒng)解決方案供應(yīng)商舜宇光學(xué)建立合作，聯(lián)合為中國及全球的移動設(shè)備OEM廠商，開發(fā)并市場化的TOF 3D傳感攝像頭解決方案。

隨后在去年8月，OPPO在上海正式發(fā)布了OPPO R17系列手機。其中R17 Pro就首次搭載了后置的TOF 3D方案，其也成為了全球首個實現(xiàn)TOF 3D技術(shù)商用的機型。據(jù)了解，R17 Pro的TOF模組由舜宇光學(xué)供應(yīng)，而其中的圖像傳感器芯片和TOF算法或由英飛凌和pmd提供。

▲OPPOR17 Pro的后置三攝，最右側(cè)的是TOF 3D模組

此外，在今年2月的德國慕尼黑展會上，LG發(fā)布的2019款新機LG G8 ThinQ就采用了前置ToF 3D攝像頭，同樣也是基于英飛凌的REAL3圖像傳感器芯片和pmd的算法，可支持手機解鎖和支付識別認(rèn)證。

顯然，TOF 3D方案在手機前置上的成功應(yīng)用，確實會對于前置結(jié)構(gòu)光方案形成了一定的沖擊。那么英飛凌如何看待TOF與結(jié)構(gòu)光之間的競爭呢？

在近日的第八屆EEVIA ICT媒體論壇上，英飛凌電源管理及多元化市場事業(yè)部大中華區(qū)射頻及傳感器部門總監(jiān)麥正奇在接受芯智訊采訪時表示，結(jié)構(gòu)光模組復(fù)雜度更高，而TOF則相對簡單，并且可以做到非常小巧且堅固耐用。

此外，他還表示，TOF傳感器功耗雖高，但其深度信息計算量小，對應(yīng)的CPU/ASIC計算量也低，所以整體的系統(tǒng)級功耗也能夠得到控制。因為，TOF的每個點都可以直接提供完整的深度信息，它在傳輸出來的數(shù)據(jù)就已經(jīng)是可用的，并且光速等物理信息均為已知，因此只需通過相對簡單的算法就可以將掃描對象從背景當(dāng)中分離出來，獲得3D圖像。不需要像結(jié)構(gòu)光那樣，需要用大量的CPU/ASIC演算取得它的深度信息和幅度信息。

再加上TOF應(yīng)用面更廣，英飛凌也是堅定看好未來TOF的發(fā)展。

而在當(dāng)天的論壇上，麥正奇也介紹了英飛凌此前推出的TOF 3D圖像傳感器REAL3以及與pmd合作的基于REAL3的TOF模組。

▲REAL33D圖像傳感器芯片可以實現(xiàn)小巧的攝像頭模塊，便于輕松集成到小巧的電子裝置中

據(jù)介紹，REAL3 傳感器可以直接記錄深度圖和2D灰度圖，從實現(xiàn)又快又準(zhǔn)確的3D成像。而且，即使是在明媚的陽光下REAL3也可全面運作，這主要是得益于其獨專利的背景照明抑制（SBI）電路，能夠在每個像素中擴展動態(tài)。

麥正奇還表示，基于REAL3的TOF 3D模組，采用的是緊湊式攝像頭設(shè)計，不含機械部件，堅固耐用，高度的集成，可實現(xiàn)最小巧的攝像頭模塊和最低物料成本。在生產(chǎn)方面，也比結(jié)構(gòu)光方案更為簡單，可輕松完成一次性校準(zhǔn)，無需進(jìn)行機械調(diào)準(zhǔn)和角度調(diào)整（已經(jīng)批量生產(chǎn)驗證的校準(zhǔn)概念，在保證高精度的情況下，校準(zhǔn)時間 < 5秒）。

而除了英飛凌和pmd之外，TI、松下、ADI、ams等廠商也有推出針對TOF 3D的方案。

比如去年12月vivo推出的NEX雙屏版，其所搭載的TOF 3D攝像頭模組廠為信利，其中的ToF Sensor供應(yīng)商為松下，驅(qū)動芯片及算法均由ADI提供，VCSEL由ams供應(yīng)。

ams：可提供全面的成熟的3D方案

作為目前在3D sensing領(lǐng)域布局最為廣泛也最為全面的ams（艾邁斯半導(dǎo)體）來說，其不僅擁有TOF、結(jié)構(gòu)光、主動立體視覺等3D傳感器，還可提供其中的各種關(guān)鍵器件。

以3D結(jié)構(gòu)光方案為例，ams除了可以提供關(guān)鍵的VCSEL芯片之外，ams還擁有WLO、DOE、光傳感器等基于結(jié)構(gòu)光技術(shù)的關(guān)鍵器件。

此外，ams還擁有TOF 1D/2D/3D技術(shù)的完整解決方案和主動立體視覺方案，以及其中眾多關(guān)鍵器件。

ams先進(jìn)光學(xué)傳感器部門執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理Jennifer Zhao在第八屆EEVIA ICT媒體論壇上也表示：“我們在3D系統(tǒng)領(lǐng)域擁有很大的優(yōu)勢。我們不僅有硬件，也有軟件和相關(guān)的應(yīng)用軟件。在硬件方面，我們提供的有光源、光路和先進(jìn)的光學(xué)封裝裝。另外也有NIR和TOF的攝像頭；軟件方面，我們也有很多的資源以及曠視科技等合作伙伴，可以提供更全面的軟件方案?！?/p>

那么作為目前在3D sensing領(lǐng)域布局最為廣泛也最為全面的技術(shù)廠商來說，ams又是如何看待TOF與結(jié)構(gòu)光之間的競爭呢？

在此前的慕尼黑上海電子展期間，ams大中華區(qū)3D方案和器件產(chǎn)品線市場總監(jiān)CK Chua在接受芯智訊采訪時表示，“每一個技術(shù)在不同的距離跟應(yīng)用場景下，它的性能是存在著差異的，結(jié)構(gòu)光在近距離性能最佳，對于3D人臉識別等應(yīng)用來說，結(jié)構(gòu)光的識別距離、深度信息、安全性和適應(yīng)性都是最佳的。而TOF則更適用于中遠(yuǎn)距離。不過，由于TOF模組尺寸相對較小，系統(tǒng)集成也比較簡單，所以也有被用于前置。但是，在近距離的性能上，仍然是要比結(jié)構(gòu)光要差。如果是用于3D人臉識別解鎖可能沒有大問題，但是如果是用于對安全性要求更高的支付，那么就會有一定的難度?！?/p>

Jennifer Zhao也表示，結(jié)構(gòu)光與TOF各具優(yōu)勢，在智能手機市場將會長期并存。“除了智能手機市場之外，未來3D sensing技術(shù)還將在智能家居、工業(yè)自動化、汽車安全駕駛等各種不同的領(lǐng)域應(yīng)用越來越廣。我們公司的理念就是，不管客戶選擇哪種3D sensing方案，我們都有成熟的解決方案提供給客戶?！盝ennifer Zhao總結(jié)說到。

小結(jié)：

從上面介紹以及三家廠商分享的觀點來看，結(jié)構(gòu)光和TOF技術(shù)確實有著各自的優(yōu)點，以及各自不同的更為適合的應(yīng)用場景，具有一定的協(xié)同和互補特性。但是在廠商的對于方案的選擇中，需要考慮的并不僅僅是技術(shù)效果上的問題，技術(shù)成熟度、成本、集成度、生產(chǎn)難度、各種關(guān)鍵器件的供應(yīng)穩(wěn)定性等等都是需要考慮的。

目前TOF的關(guān)注熱度似乎比結(jié)構(gòu)光更高，但是在技術(shù)成熟度以及出貨量上，結(jié)構(gòu)光更占優(yōu)勢。

所以，我們可以看到，雖然TOF更適用于中遠(yuǎn)距離，更適放在手機后置，但是實際上，其模組尺寸小、易集成、成本相對較低的特性，也使得其被一些手機廠商應(yīng)用到了前置，來做3D人臉識別解鎖和支付。同樣，適用于短距離，適合放在手機前置的3D結(jié)構(gòu)光，也可以被應(yīng)用到后置，因為其能夠在3D建模上提供比TOF更高的精細(xì)度。

特別值得一提的是，智能手機的一些較為新穎的設(shè)計方案也模糊了后置與前置3D sensing的區(qū)別，比如vivo NEX雙屏版，其配備的TOF 3D，即可當(dāng)做后置，也可當(dāng)作前置3D sensing來使用。

此外，結(jié)構(gòu)光和TOF兩種技術(shù)同時也都在繼續(xù)向前演進(jìn)，各自的優(yōu)劣勢也并不是一成不變的。而且，市場也并非是簡單的由技術(shù)的優(yōu)劣所決定的，更重要的還是要看主流廠商的方向性選擇和引導(dǎo)，用戶的選擇，以及應(yīng)用生態(tài)的完善。

值得一提的是，隨著結(jié)構(gòu)光和TOF成本的下降，當(dāng)?shù)竭_(dá)一個相對舒適點的時候，可能會走向共存。比如目前的市場上，一些旗艦機在采用前置3D結(jié)構(gòu)光的同時配備有屏下指紋識別。

另外在不可逆的全面屏趨勢之下，未來屏下攝像頭也將是一個新的方向。ams先進(jìn)光學(xué)傳感器部門執(zhí)行副總裁兼總經(jīng)理Jennifer Zhao告訴芯智訊，目前ams也在進(jìn)行這方面的研究，不過具體實現(xiàn)還需要與屏廠緊密配合。未來屏下攝像頭一旦實現(xiàn)，那么前置的結(jié)構(gòu)光或TOF模組或可被放置在屏下，無需在屏上開一個劉?；虼蚩?，而這也必將進(jìn)一步推動3D sensing在智能手機上的應(yīng)用。