ESPROS飞行时间（ToF）传感技术助推3D视觉应用-新利18国际娱乐

微访谈：瑷镨瑞思（ESPROS）中国区市场和技术支持主管金丰

采访背景：3D摄像头好似给机器或电子设备安装了“人眼”，让其能够根据人的动作做出相应的反馈，并赋予“思维”、“感知”的能力。目前，3D摄像头正在成为智能设备的一个关键入口，掀起一轮“3D视觉”革命浪潮，全球各大科技企业如苹果、谷歌、英特尔、微软等都为此精心布局。为了探秘3D摄像头的核心技术及器件，麦姆斯咨询特地采访了全球领先的飞行时间（ToF）传感器供应商——瑷镨瑞思（ESPROS）中国区市场和技术支持主管金丰先生。

麦姆斯咨询：请您先介绍下ESPROS公司发展历程、主要产品及服务。

金丰：ESPROS公司是一家芯片设计、集成与制造商。公司于2006年由Beat De Coi先生创建，总部设在瑞士，并在中国上海设有专门的芯片设计中心及技术支持部门。

ESPROS公司凭借其独有的光学工艺技术，能够为客户提供芯片定制服务以及高性能光电传感器。

我们围绕自己的核心工艺技术，提供个性化的TDI芯片、CCD图像传感器芯片以及ToF芯片等定制服务，能够为客户完成芯片的设计、制作、实验检测及量产制造，提供完整的芯片定制解决方案。

与此同时，我们也提供高性能光电传感器，包括ToF传感器、CCD线阵传感器、光谱分析传感器以及光电管等产品。

以ToF系列产品为例，借助过去十多年的ToF技术研究成果，我们开发了从单点传感器到QVGA面阵的完整产品线，能够为客户提供全方位的3D ToF解决方案。

麦姆斯咨询： ESPROS公司的核心技术优势是什么？如何在近红外（NIR）传感领域保持产品竞争力？

金丰：ESPROS公司通过其独有的工艺技术，使得背照式CCD/CMOS工艺相融合，可在非常宽的光频谱范围内达到很高的光电效应，进而实现具有更高性能的光学传感器。

目前市面上，图像传感器的制造常常受到各种工艺的限制。一方面，CCD技术可提供非常好的电荷处理能力，但是对于高密度的CMOS数据处理却很难。另一方面，特别是在近红外线（NIR）中的检测中，PIN光电二极管以其优异的吸收特性和高速响应的能力而被广泛接受，但它们都是分立器件。与此同时，绝大多数成像传感器都是使用稍微修改的CMOS工艺制成的，从而只能达到一般的光学性能参数，比如量子效率（QE）不高。而我们的工艺技术能够突破现有工艺制程限制，无缝地融合了CCD和CMOS两种技术，从而具有CCD的高电荷处理能力以及CMOS的高集成度与低功耗等优点，进而使其更适用于广泛的光学传感器系统。

ESPROS公司独有的CMOS/CCD融合技术

此外，ESPROS图像传感器在NIR范围内的灵敏度显著高于传统的标准CMOS工艺制成的传感器。由于波长的不同，近红外光在吸收转换为电子前，需要在硅中传播几十微米，然而标准的CMOS图像传感器只有3~5微米厚度的感光材料，所有穿透这个深度材质的光子都会丢失并且无法产生有用电信号。针对NIR波段光谱，ESPROS公司对晶圆工艺进行了专门的设计，使其具有50微米的光敏硅材料。在此基础上，ESPROS图像传感器可提供更多的NIR光电信号。

因此，ESPROS图像传感器非常适用于超快速图像采集，高灵敏度ToF 3D相机和TDI相机，以及基于硅的广域光谱传感器。

ESPROS公司独有的图像传感器芯片结构

麦姆斯咨询：ESPROS公司的ToF传感器系列产品的主要应用领域有哪些？能否列举一些典型客户案例？

金丰：目前基于ESPROS公司的ToF传感器的产品已成功应用于无人机定高、人数统计、AGV导航避障、机器人定位和智能导航、安防监控及门禁系统。

随着我们ToF产品线的进一步完善，应用领域将拓展至无人驾驶汽车、智能家居、工业智能化检测等领域。

ESPROS公司3D ToF 应⽤市场

ESPROS公司早在多年前就开展了ToF解决方案的研发及应用合作，比如同CEDES公司的合作。 CEDES公司是一家全球重要的电梯配件制造商以及光幕制造商，其采用了基于ESPROS公司的ToF芯片的解决方案，如下图所示，装有3D ToF相机以后使得电梯门禁系统的控制变得更先进，并能实现更多智能的应用功能，例如人数统计、人流检测、预警判断等。

基于ESPROS公司ToF⽅案的智能电梯解决⽅案

同时，ESPROS公司正全力拓展广阔的中国市场，在国内我司也同非常具有3D视觉研发和量产能力的方案商深度合作，提供各个行业的整体解决方案。相信很快就会在市面上能够看到更多的成熟产品。

麦姆斯咨询：ESPROS公司如何解决室外环境光对ToF测距的影响，测量距离有多远？以及黑色物体反射光微弱造成无法测距的问题？

金丰：借助我司在ToF技术上十多年的研究成果，针对ToF技术在室外容易受到环境光的影响，ESPROS公司在芯片的像元（Pixel）结构上做了很多的研究以及特殊的设计，使得在室外光较强的情况下，不仅能够很好对的环境光进行抑制，并且还能有效地从中提取ToF信号，使得整个传感器系统能够在全光谱（130Klux）范围内工作。

对于测量距离，目前基于我司的CW-ToF（Continues wavelength ToF）系列芯片在适宜的光学系统下可支持最远达240米的探测范围。

针对黑色物体反射光较少而导致无法测距的问题，如我们所知，在测量低反射率物体的时候，由于ToF传感器发射出去的光碰到物体后只有部分微弱的光子被反射回来，进而造成接收端只能收集到较少的有用信号，使得信噪比低，最终导致系统无法测距或精度较差的情况发生。

应对该情况，往往需要进一步增强发射端光源、增加镜头通光量、增加芯片的灵敏度，进而使得收到的信号增多。但在实际的产品设计中，增强光源不仅会带来更多的功耗、体积、散热等问题，成本也往往会占很大的比重；另外,加大镜头的通光量能使得有用的ToF信号增加，但同时环境光也会成相同比例的进来，进而导致室外使用受到影响。

因此，增加芯片的灵敏度此时变为解决该问题的核心，这也是ESPROS公司多年研究特殊工艺进而提高传感器灵敏度的目的。使得即便在反射光较弱的情况下，通过芯片本身的高灵敏度，能够收到更多的有用ToF信号，进而依然能够输出稳定、可靠的3D ToF距离信息。

麦姆斯咨询：您认为中国3DToF视觉应用领域的发展状况如何？ESPROS公司如何在中国市场上布局？

金丰：目前，国内厂商的3D ToF应用领域已从前几年的起步阶段进入了快速发展阶段；并且近两年，可以明显感受到国内3D ToF市场的节奏变化以及客户研发能力的快速上升。

但同时我们依然要认识到，3D ToF技术门槛还是比较高的，特别是光学设计能力以及模组量产能力依然有待加强，并且目前能提供完整解决方案的厂商并不多，相关产品也并没有形成主流的品牌，导致客户在设备和方案选型时找不到参照的行业标杆。

针对中国市场，一方面，我们会联合优质的代理商/方案商一起拓展客户；另一方面，我们也会推出演示模组、应用模组、开发套件及软件源码/算法，帮助中国客户大大缩短研发时间，加速产品的上市。

麦姆斯咨询：3D视觉方案主要有三种：飞行时间法、结构光法、双目立体视觉法，您认为这三种方案的优缺点是什么？分别适合哪些应用领域？

金丰：这三种深度摄像头方案在检测距离、精度、速度、成本上都具有各自的优势以及劣势，区别在于：

双目只需使用两颗普通的摄像头，并不涉及复杂的光学系统，成本相对另外两种方案最低，但深度信息需要软件算法得出，算法复杂度高，难度大，处理芯片需要很高的计算性能；并且在特征不明显以及光线较暗情况下并不适用。

结构光方案优势在于深度图像分辨率可以做得较高，硬件成本及算法开发难度适中；但容易受光照影响，室外环境很难使用，以及只适应短距离应用。

ToF方案优势在于受环境影响小，测量帧率高，算法开发难度低，因此在技术性能上相对其他两种方案具有很大的优势；不过由于前些年核心传感器芯片技术不够成熟，模组光学设计较复杂，实现量产困难，成本较高，因此基于ToF方案的成熟产品在市场上并不多见。

但随着核心传感器半导体器件的瓶颈逐步被解决，我们看到近年来越来越多的厂商相继推出基于ToF原理的解决方案，该趋势将会进一步发挥出ToF技术本身的优势，使得ToF相机将在将来的应用中占有一席之地。

麦姆斯咨询：ESPROS公司今年将有哪些新产品发布计划？以扩大3D视觉应用领域。

金丰：今年年初我们刚刚推出了一款新的ToF面阵产品epc635芯片（160x60Pixel）,并已成功进入量产阶段。该产品进一步完善了我司面阵ToF产品线，其兼容于去年发布的QVGA面阵ToF产品epc660芯片（320x240Pixel）开发平台，使得客户能够基于同一开发平台，根据不同的实际应用需求，便捷地选择合适的ToF芯片及方案。

另外该产品的推出，使得对传感器体积以及成本有较高要求的应用得以满足，例如消费类无人机、机器人视觉导航和避障、VR/AR、智能物联等市场。

今年5月份我们还会推出epc611芯片（8x8Pixel）,该产品主要在现有的epc600（1Pixel）和epc610（8x8Pixel）基础上大大地提高了测量速率，能够更好的满足于扫地机导航、SLAM、机器人壁障、汽车电子等应用需求。

另外，我们对正在开发中的产品感到非常兴奋，今年年底我司还会推出首款芯片级的PToF（Pulse-ToF）面阵图像传感器，其将主要应用于未来的无人驾驶汽车市场。

我们今后还将继续保持快速新产品的开发节奏，同时我们也会进一步完善产业链，使我们的产能获得提升以及缩短产品交付周期。