“它的 Pro 级摄像头打通了真实和虚拟的交界”。苹果用这句广告语明面上是夸奖iPad Pro上使用的摄像头，实则是表扬了dToF技术的优异表现。2020版iPad Pro搭载的基于dToF LiDAR方案结合精彩AR应用，让苹果构建AR生态的战略踏出了坚实的一步。
随后，在2020年发布的iPhone 12 pro系列上，这套方案再次大放异彩，不但让新iPhone获得了优异的影像表现，更带动了ToF产业链的新一轮升级。紧随苹果的步伐，安卓阵营的旗舰手机也将在2021年陆续采用dToF方案，并且还有更多的应用将加入这一产业链中。
ToF再出发
“ToF技术因为其结构简单、探测距离更远、精度更高、更稳定等特性优势，使手机后置3D相机的应用场景更加多元化。”艾迈斯半导体3D感知资深市场经理Sarah Cheng指出了ToF的最大优势。
影像增强、对象扫描、AR、自动对焦辅助是ToF技术在手机后置镜头中的主要应用。其中，AR是最能发挥ToF的应用，因为在5G时代，不论是AR应用所需的空间信息，还是三维信息，ToF都是最有效的核心技术。
对于AR应用，响应速度是关键指标之一，在已知的3D感知技术中，ToF的速度最快，因此是AR应用的最佳选择。早在2017年苹果发布ARkit时，Flyby（Flyby被苹果收购用作ARkit的基础研发）联合创始人Ori就曾表示希望iPhone X能自带可以广泛普及AR的关键性硬件：后置深度摄像头。
iPhone 12 Pro搭载的dToF摄像头就符合了Ori预期，即一个能进行主动交互、主动探测感知环境的硬件，能支持沉浸式AR体验。
对于ToF为什么最适合AR应用，Sarah Cheng给出了进一步的解释：“首先是高质量的AR体验需要高质量的深度图，尤其在有用的距离和环境光范围内要产生高精度、低噪声、高可信度的深度信息。什么是有用的距离和环境光范围呢？基本可以概括为在室内以及室外环境光条件下3-5米以上的距离，在这样的距离范围，尤其是在室外强光照条件下，只有dToF可以满足这样的要求。其次，低功耗运行对于手机应用尤为重要。第三，需要稳定的帧率。不过，分辨率并不需要非常高。综合这些因素，ToF技术最终胜出。”
虽然AR能发挥ToF的长处，但是AR生态的发展乏力，却让ToF市场在2020年没有实现预期中的爆发。2020年3月份，市场曾传出有数家终端砍ToF订单的消息。有供应链人士认为，终端砍ToF订单是由于库存多，销量欠佳所致。
不过，随着苹果iPad Pro后置dToF入场后，相关的厂商又再次加速了渗透布局，市场对ToF在2021爆发的预期再次升温。
对此，集微咨询高级分析师跃楠表示：“手机和汽车成为3D感知最重要的应用场景，分别占到整个市场的45%与18%。今年能否爆发主要看手机和汽车厂商在BOM中对ToF的应用比例。华为、LG、vivo等厂商为了追上3D面部识别技术发展的步伐，为自家智能手机皆选择了ToF。今年由于汽车电子芯片的缺乏，ToF也将成为一个热点。预计由于成本降低和技术的进一步升级，ToF将会在3D感知中占据半壁江山。”
数据显示，预计全球消费电子市场3D成像和传感器规模在2016至2022年中的CAGR高达160%，到2022年将达到60亿美元。从出货量来看，ToF占比越来越高，有望于2021年反超结构光。
国外调研机构也表示，安卓阵营将在2021年扩大采用ToF的比例，以追随苹果的脚步，估计已有2家厂商进入量产及数个客户将导入。
dToF胜出
厂商们都对ToF的前景非常看好。如英飞凌（Infineon）就认为， ToF传感器将成为高端智能手机的标准配置。该公司表示，ToF技术将解决目前困扰手机拍照的弱光对焦问题。
ToF普及的关键就是dToF技术开始全面成熟。对许多安卓手机厂商来说，其后端相机模组以前均采用了iToF技术，因而无法得到真实的3D景深图。而dToF的核心价值在于其根本改善了手机的3D感应能力，使其能耗、抗环境光能力和精准度达到了AR大规模在手机、平板电脑，以及AR眼镜等应用所需的水平。
Sarah Cheng指出，相较于dToF，iToF最大的局限是多镜干扰。在真实场景中存在复杂的漫反射甚至镜面反射，而这些干扰会使得测量值变大，严重影响3D重建的效果。另外iToF往往采用泛光投射，在远距离和高精度这一对指标上很难调和。而dToF直接测量飞行时间，它的误差在正常工作范围内不随距离而变化，并且受到多镜等因素的干扰较小，在远距离、复杂环境的应用有优势，所以将远距离应用的一个关键技术。
虽然dToF相较iToF在分辨率上并不占优势，但AR对3D摄像头的分辨率其实要求并不高，一方面可以避免过长的重建时间和功耗，另一方面低分辨率的缺点可以由帧累积来补偿。
不过，dToF深度算法相对简单，难点在于用以实现较高精度的SPAD（单光子雪崩二极管）。dToF要检测光脉冲信号（纳秒甚至皮秒级），因而对光的敏感度要求会很高，因此接收端通常选择SPAD或者APD（雪崩光电二极管）这类传感器来实现，集成度弱于普通的CMOS图像传感器，像素尺寸一般大于10μm，从而分辨率通常较差，成本更高。SPAD是dToF技术的核心，技术难度大且制作工艺复杂，目前世界上极少厂家具备量产能力，集成难度很高难以小型化应用在手机等小型消费电子上，因而除传统热门应用领域车载LiDAR之外，消费电子领域目前仅有苹果一家实现商用（iPad Pro首次搭载）。也正因为此，至今仍然没有安卓手机厂商可以在其手机平台上加载3D dToF技术。
以前这个技术只掌握在苹果手中，但是随着各大传感器厂商推出新一代dToF解决方案，形势将发生转变。近期，艾迈斯半导体就与ArcSoft合作，推出了dToF传感的整套解决方案，可在户外的所有光照条件下，在恒定分辨率的情况下提供出色的检测范围并保持绝对精度。
成本过高以前也是阻碍dToF推广的一大因素，厂商们现在也有了解决之道。在一些特殊的应用或既定应用的情况下，通过调整系统设计可以降低整个方案的成本。这样，就使得dToF更具灵活性和竞争力。
攻城略地
dToF本就是发源于车载应用的技术，除了落地在手机摄像头中，还有更多的应用场景在扩展当中。
“车载基本上要用到100米以外甚至200-300米的范围，dToF技术非常适合。此外，还有安防领域，包括交通监测等方面。在电子消费领域，现在刷脸用的基本是iToF或者结构光的方案，dToF也可以一展身手。这样的应用还非常多，包括智慧家居等等。”艾迈斯半导体大中华区应用市场总监徐冰博士非常看好dToF的应用扩展。
徐冰博士认为：“ dToF本身的运算量和传统的iToF来比，其实更低，所以如果iToF能应用的话，dToF当然可以用。比如，在机器人上就是典型的一种应用，比如扫地机器人、工业机器人等，这都是dToF技术的目标。”
对dToF在其他领域同样看好的还有意法半导体公司。“家用电器和智能家居、卫浴设备和教育平板电脑，都可以使用ST的方案来检测用户是否存在和用户位置，相应地打开或关闭相关系统或屏幕。”意法半导体大中华及南亚区影像事业部技术市场经理张程怡告诉集微网，在消费电子领域，ST的方案主要应用在接近检测中。
“投影机也是我们今年主攻的另一个重要市场，包括办公用大型投影仪、微型投影仪和便携式投影机。”张程怡说。投影机使用ToF传感器可以为系统提供镜头到屏幕的距离信息，帮助系统立即自动对焦。尤其是，ST ToF传感器还有助于非常快速、准确地修正梯形失真。
在工业领域，ST的方案应用也很广泛。比如，用ToF来统计输送带运货量，监测用户和操作员，感知卡车的装载率和装载信息。
据了解，新冠疫情的发展催生了很多无接触式应用场景，dToF方案在其中同样可以发挥关键作用。
作为苹果ToF供应链最重要合作伙伴的索尼也没有止步于手机领域。近日，索尼宣布其研发出一种用于汽车激光雷达（LiDAR）的基于SPAD像素的堆叠式dToF传感器。该成果在2021年2月13日开幕的国际固态电路会议（ISSCC）上进行了展示。这款产品可使得激光雷达能够在最长距离可达300米（反射率为10%的物体）的工作范围内，以15厘米的分辨率进行高精度、高速测距。
对于dToF进军多个应用领域，业内人士认为，这意味着VCSEL芯片、SPAD等核心部件持续受益于规模效应正在实现成本的快速下降。未来几年，dToF在消费、工业、汽车等几大市场都将有非常光明的前景。
（校对/Sky）
