作者： 时间：2018-12-28
深度相机主要包括3种形式，包括双目测距法，三维结构光和TOF飞行时间法。目前看来比较有前途的是三维结构光和TOF飞行时间法。
iPhone 手机中应用的技术总能带动新的行业风潮。2017年9月13日，苹果推出了基于3D结构光技术的iPhone X，实现了3D人脸识别，并以面部识别彻底取代了指纹识别。近日，据消息，苹果公司目前正在尝试在 iPhone 背面添加一个使用 TOF（Time of Flight）技术的 3D 传感器。事实上，OPPO、华为、小米等国内厂商也先后布局了飞行时间技术在手机上的应用，并推出相关产品。VIVO更在2017年3月，就开始在内部同时跟进结构光与TOF 这两项3D技术。
TOF技术有哪些应用和场景呢？
事实上，TOF 技术早已在物流、安防、医疗以及无人驾驶等领域得到应用。目前，各大手机厂商也非常看好TOF飞行时间技术的前景，纷纷进行布局，如OPPO、vivo已推出搭载该技术的新产品，华为、小米都已传出相关消息，三星也预计2019年将在新的Galaxy S10及 Galaxy A系列的智能手机上采用TOF 3D面部识别技术。其实三星早在2014年就申请了相关专利，辅以近红外光，传统摄像头以及传感器等组件，可用于人脸的3D感知探测，运动追踪，手势检测，眼球追踪以及夜景识别等。苹果预计在2019年推出的新款iPhone上也采用TOF系统，并将其安装在后置摄像头上。
vivo NEX双屏版
在制作影视特效时，TOF相机可以将深度信息附加在视频图像中，精确确定场景中每个像素的空间位置。通过简单的后期处理，就能将特效道具插入影片的任何位置。可以预见，以全球消费电子产品的需求来说，手机行业采用TOF技术，将带动其技术及产品相关的大批需求，带动整个产业链的增长。
TOF 3D传感技术是什么？ 与之间前使用的识别技术有何区别？
要讲清楚TOF三维传感技术这个技术，我们要先从人脸识别说起。二维的人脸识别技术，存在一些缺点，如对识别环境要求苛刻、容易被攻破的安全因素等，因此3D立体视觉体验技术在应用上更胜一筹，可广泛应用在物联网、移动互联网、VR/AR、银行、安防、交通等各个需要人脸识别的场景。
早前，支付宝推出的人脸识别引发安全争议
3D立体视觉体验技术包含双目立体视觉方案、3D结构光方案和TOF技术，其中以结构光和TOF技术为大家所熟识。
双目测距：利用双摄像头拍摄物体，再通过三角形原理计算物体距离。
双目相机
双目相机确定深度示意图
TOF技术
TOF（Time of Flight），直译为飞行时间法。它的工作原理是通过给被测目标连续发送光脉冲，然后在传感器端接收从物体返回的光信号，最后通过计算发射和接收光信号的飞行（往返）时间来得到被测目标的距离。
与超声波测距不同的是超声波测距对反射物体要求比较高，面积小的物体，如线、锥形物体就基本测不到，而TOF对被测物体要求的尺寸、面积等要求更低，测距精度高、测距远、响应快。
由上图可以看到，与3D结构光相比，TOF技术发射的不是散斑，而是面光源，因此在一定距离内，TOF的光信息不会出现大量的衰减。其优势在于工作距离更远，适用于手机后置镜头。
事实上，无人驾驶中的激光雷达中也可以用到TOF技术，而用于消费型电子产品中的TOF相机主要由光源、感光芯片、镜头、传感器、驱动控制电路以及处理电路等几部分关键单元组成，TOF相机包括发射照明模块和感光接收模块两个核心部分。
3D结构光（三维结构光）
3D结构光技术是通过近红外激光器，将具有一定结构特征的光线投射到被摄物体上，再由专门的红外摄像头进行采集。这种具备一定结构的光线，会因被摄物体的不同深度区域，而采集不同的图像相位信息，然后通过运算单元将这种结构的变化换算成深度信息，获得三维结构。
此前，IPhone X 的前置 3D成像TrueDepth 传感系统（“齐刘海”）让手机可实现脸部解锁，并实现对面部表情的实时跟踪和识别，生成 Animojis。
TrueDepth 采用的就是结构光技术，即一种光解码技术，将光线结构化，将光线投射到物体上，形成畸变，然后另一个摄像机对畸变进行捕捉，通过三角法测量原理获得三维成像，结构光方案功耗低、精度高，对于近距离人脸识别来说，具备应用优势。
TOF的技术原理带来应用优势
1. iPhone X 的“齐刘海”，即前置 3D成像TrueDepth 传感系统的外观受到了用户的吐槽。这是由于结构光的精度和Baseline（投射器和接收模组的距离）密切相关，Baseline间隔越长，精度就越高。常用的Baseline至少需要保证20 mm以上，iPhoneX选择了27 mm的Baseline，“长刘海”也是不得不留。
而对于TOF来说，则不必担心手机设计上的局限，其投射模块和接收模组可紧靠在一起，尺寸上更加紧凑。
2. 3D结构光方案带火了VCSEL，由于结构光对编码图案有一定要求，需要制作成特定的图案，对图案表现的一致性、器件高温漂移情况、发热表现、耐环境高温等都有更高的要求，因此对VCSEL供应商的工艺、设计能力以及产品良率上考验很大。
TOF投射器主要包括VCSEL+Diffuser（匀化片，工程扩散片），而TOF的VCSEL并不像结构光那样对编码图案有一定要求，只是最常规的规则排列，器件制作上更为简单，装配精度要求也更低，将会扩大VCSEL供应商的范围并降低成本。
3. 3D传感模块等关键零件的高难度制程影响了其产能，主要在于结构光模组的产品良率较低。这与结构光的工作原理，通过三角测量法来计算深度信息相关。
TOF的工作原理不同，是通过TOF芯片接收反射回来光线的相位差来计算深度，只需确保相位接收正确，对组装精度要求更低，生产更加容易，不会受到产能限制。
4. 相比于二维图像，TOF可以通过计算距离信息来获取物体之间更加丰富的位置关系，区分前景与后景。进一步深化处理后，可应用在3D建模、AR游戏、AR应用、体感游戏、网上AR购物试穿戴等场景。
5.相较于3D结构光技术，飞行时间法TOF的成本相对低廉，具备在Z方向更加精准，解决方案更加成熟、功耗更低、抗干扰能力强等优点，且无需扫描设备辅助。
