激光測距技術由于其精準、快速的特性被廣泛使用在各行各業。意法半導體的飛行時間產品系列就是激光測距技術的一種延伸,通過快速高頻率的激光測距,感知被測物的相對位置,應用在電子設備上,就是使電子設備對周圍物體具有空間感知能力。目前,使用這項技術的意法半導體Flightsense光學飛行時間(ToF)傳感器已經廣泛用在照相機的實時對焦,距離接近感測,存在檢測手勢開關以及最新的AR/VR應用中。
FlightSense激光測距技術
Flightsense光學飛行時間(ToF)傳感器產品系列迄今為止已經出貨超過3.5億顆,并且隨著產品的技術升級和應用范圍的擴展,自2014年第二季首個模塊VL6180問世以來,以年增長率300%的速度快速成長。
Flightsense現已廣泛使用的有兩個模塊,VL6180(2014年第二季問世)和VL53L0X(2016年問世),分別采用850nm和940nm波長進行測距,最大測距范圍從第一代的0.4米,到第二代2米。
“之所以采用940nm這個波段,是因為850nm波段的干擾較多” 意法半導體影像產品部技術經理張程怡表示。
現在更為先進的測距模塊VL531X將在2018年第一季度推向市場,除了沿用940nm波長,新一代測距模塊,不僅有效感測距離倍增,達到4米。而且體積更小,精度更高。
“其他方案,不管是傳統的紅外對管或者號稱激光等等,要么塊頭太大,要么就是分開兩件,而意法的FlightSense沒有這個問題,高度集成;而且測距模塊抗干擾能力強,配合豐富的算法和配套的方案,能夠得到精確的測量結果。”
目前的測距誤差為3%~5%,即測量1米的距離信息,實際距離為97厘米到103里面之間,滿足現有應用的需求。
針對大眾市場,第三代ToF產品可用于無人機室內定高躲避障礙、門禁系統控制等等對精度和距離要求更高的應用場合。
對焦應用中,除了手機的前后鏡頭對焦,投影儀也正在裝備ToF傳感器進行自動對焦,以滿足大型會議或其他大場景的應用需求。
在教育領域,家長們普遍使用平板電腦替代了傳統書籍,但是又擔心孩子距離平板太近,影響視力發育,這時ST的ToF傳感器就可以發揮作用,讓孩子保持合適的觀看距離。
張程怡還特別拿出了一款采用了FlightSense ToF傳感器的能化妝鏡,這款產品不僅可以在用戶接近時開燈,還可以根據用戶不同的需求,改變燈光顏色,以適應女士們對不同環境光線的化妝需求,比如室外、晚宴、商場酒店等等。
可以看到,從2014年起,FlightSense產品約每兩年更新一次,每一次升級,都能讓設計人員透過發揮想象力,發掘新的市場空間,這可能是ToF產品這幾年快速發展的主要原因。
汽車影像市場是另一大快速成長的市場,近些年隨著高清攝像需求的激增,汽車前裝市場裝備高清攝像正在成為主流。
ST汽車影像產品在2009年就已推出第一代50萬像素30fps 120dB HDR的夜視鏡頭,采用50萬像素CMOS圖像傳感器VL551050; 2016年ST推出720p 60fps 132dB HDR的智能倒車鏡頭,采用130萬像素圖像傳感器VG6640與圖像處理器STV0991,VG6640主要應用情境除了智能倒車鏡頭外,還包括以太網鏡頭、以太網全景鏡頭、行車紀錄器;2018 ST推出1080p 60fps 145dB HDR的無閃爍鏡頭,采用250萬像素圖像傳感器VG6768與圖像處理器STV0971。VG6768主要應用情境為電子后視鏡、前視鏡頭、LVDS-倒車鏡頭、前景鏡頭、行車紀錄器。
意法的汽車影像產品
“由于汽車產品壽命有10年之久,所以ST汽車影像產品的更新周期相較消費產品要來得慢一些,每2-3年推出新一代產品。”
最新一代產品主要解決的是Led燈光以及其他光源對攝像系統的干擾問題,特別是車用后視鏡正在從傳統的光學鏡片轉化為數字屏幕(美國、日本、中國大陸已有車規等級的產品,是未來的趨勢),這時后置攝像頭需要提供可靠的圖像傳輸。
但汽車行駛環境中處處都是強光,特別是那些LED前車燈,這些閃爍的強光對攝影系統存在很大程度的干擾,使得數字后視鏡難以獲得有效的視頻信息。為了能夠獲取清洗的即時圖像,ST ADAS攝影系統采創新的像素架構包括:全新消除LED閃爍CMOS圖像傳感器,市面上最高的動態范圍,低光照成像性能優異,符合ASIL-B標準,車規AEC-Q100 2級。
LED閃爍問題
采用先進HDR圖像處理器:硬件加速視訊分析,以太網和LVDS的圖像處理器,可應用于顯示器和機器視覺的先進影像技術,封裝面積極小,符合ASIL-B和AEC-Q100 2級汽車標準。
“車用HDR的規范是目前是120dB,ST二年前產品就已達132dB,今年將增加到145dB,提升到1080p 60fps。隨著車用屏幕分辨率增加,已到2K/4K,車用相機的分辨率也要增加,但2K/4K要做到車規并不容易,因為體積不能做太大。250萬像素圖像傳感器的產品預計用到2020年之后都還算是新產品,量產時間約在2019年底。”
“ST未來將會朝ToF與車用兩個方向發展,應用將不會局限手機與車用,未來希望ToF技術也能夠結合在車用上面。”