視覺技術正在經歷從2D到3D的重大轉變。事實上，3D空間計算的概念早在15至20年前就已經被提出。近年來，隨著3D傳感器、人工智能（AI）、大數據以及機器人過程自動化等領域的快速發展，我們能夠實現更加實時且精確的3D目標檢測。這不僅極大地提升了機器人在物體識別、檢測、分揀等方面的能力，還加強了它們在視覺定位/導航及有效避障等方面的性能。安森美（onsemi）即將推出的iToF（間接飛行時間）產品，為3D應用領域帶來了革新性的選擇。

3D相機的設計難點

過去數十年中，2D成像技術有了長足的發展，分辨率從幾十萬像素發展到現在的上億像素，色彩還原更真實，逆光環境下也能通過HDR技術提升圖像質量。然而，2D圖像僅能夠提供紋理（色彩）信息，無法提供實現更精準識別、追蹤等功能所需的空間形貌、幾何尺寸、位姿等信息。

3D視覺技術相對于2D技術提供了更豐富的被攝目標信息，可以在六個自由度（x、y、z、旋轉、俯仰、橫擺）上定位被攝目標，還原人眼視角的三維立體世界。基于3D視覺傳感器采集的信息，不但有紋理（色彩）信息，還增加深度信息，即視場內的空間幾何尺寸信息。這樣圍繞著物體、空間掃描一圈，就能得到點云圖和精準的1:1還原的3D模型。這些信息作為輸入，應用場景會大為增多，性能也會大幅提升。

目前市場上的3D相機產品主要是雙目相機、結構光相機、ToF相機，每種設計都有其局限性。例如，雙目相機在低照度下精度不佳，面對特征點少的平坦墻壁也存在挑戰，對計算能力要求較高；結構光則需要復雜的光源系統，測量距離偏短；ToF則存在多路徑反射，分辨率普遍較低，在室外陽光下存在挑戰。各種挑戰歸納如下：

鏡頭選型設計：工程師在開發過程中會遇到鏡頭選型設計的難點，比如景深、光圈、角度、畸變、MTF、成本之間的平衡，往往為了一個最佳的產品需要進行鏡頭的定制。

體積與功耗：在AGV/AMR等移動設備上，雙目相機的設計往往還需要考慮體積，需要選擇芯片封裝較小且高性能的GS圖像傳感器芯片，2顆芯片的控制和輸出需要嚴格同步。同時，雙目相機在組裝精度方面也有較高的要求。由于是電池應用，對于低功耗的需求也是非常重要的。

電源與驅動電路設計：在進行ToF產品設計時，電源設計以及VCSEL驅動電路設計往往會存在挑戰，如何確保VCSEL能達到滿意的反光功率是需要重點考慮的問題，存在一版不成功需要改版的風險。

內參校正：iToF相機的內參校正硬件治具設計和方案也是工程師比較頭疼的地方。

ToF技術的特點

ToF技術通過發射和反射光信號之間的時間延遲來測量，給定固定的光速。為了精確地測量時延，經常使用短光脈沖。這種技術與3D激光傳感器原理基本類似，只不過3D激光傳感器是逐點掃描，而ToF相機則是同時得到整幅圖像的深度信息。

ToF技術的特點包括：

魯棒性高：與結構光方式相比，ToF并不需要對光的圖案做復雜解析，只需要反射回來即可，這大大提高了魯棒性，深度信息還原度比結構光好很多，點云的完整性更好。

抗干擾能力強：深度圖質量要高于結構光，抗強光的干擾能力也更強一些，精度也要更高一些。但對于玻璃，是光技術的死穴，只能靠其他技術來彌補。

速度高但精度有限：ToF速度高，但精度只有毫米級。ToF技術的難度較高，成本也較高。

dToF與iToF：ToF分為dToF和iToF。dToF和iToF在傳感器原件上的區別是：iToF是使用CMOS工藝開發的圖像傳感器，而dToF需要使用單光子雪崩二極管（SPAD）的傳感器。dToF有長距離與抗干擾性的特點，較適用于長距離的量測。而iToF由于有成本與空間圖像分辨率的優勢，很適合AI應用。由于iToF除了對于距離與空間的重現具有高度的可靠度外，還有分辨率的優勢，近年發展很快。iToF之所以流行，因為相比于結構光、多目等3D感知方案，iToF是相對簡單的。

安森美的解決方案

安森美提供了一套全面的解決方案，以支持3D視覺技術的發展。對于每款傳感器，安森美都會提供一份推薦鏡頭選型表，涵蓋了市場上常用的鏡頭選項，并且能夠根據客戶需求進行鏡頭定制及性能測試評估。除了提供高性能的圖像傳感器芯片外，安森美還提供了詳盡的參考設計文檔和應用手冊，幫助客戶簡化設計流程，縮短產品開發周期。安森美的圖像傳感器支持多種相機同步模式，并且在功耗控制方面優于同類產品。特別地，針對主流應用場景，安森美都進行了PRISM模組的設計與生產，使得客戶可以直接采購這些預先集成好的模組，從而大大節省了開發成本和時間。

此外，為了解決市場上iToF產品普遍存在的分辨率低、測量距離短以及抗陽光干擾能力弱的問題，安森美即將推出全新的1.2 M 像素的iToF產品。該小尺寸（1/3英寸）的背照式（BSI）全局快門傳感器內置了深度計算模塊，可以直接輸出深度信息。內部緩存機制有效減少了運動物體產生的偽影。其特有的Smart iToF模式加上940nm波長下超過40%的QE，即使在室外強光條件下也能保持良好的測量精度。更重要的是，其采用了簡化的校準方法，無需復雜的移動治具即可完成校正，這不僅降低了開發成本，也提高了生產效率。在3D傳感技術的加持下，未來機器視覺將朝向3D視覺方向不斷發展和精進。安森美將通過不斷更新的創新性解決方案，為3D視覺技術的應用提供強有力的支持。