后置3D传感应用迎蓬勃发展

2020-03-30来源: 网络整理关键字:后置3D传感

 

随着iPhone X上市,Apple为消费领域的3D传感技术和使用带动新趋势。Android手机制造商即另辟蹊径,以ToF技术取代结构光。如今,ToF正在重塑3D传感模组的价值…

 

根据市场研究公司Yole Développement的最新调查显示,全球3D成像与传感市场将以20%的年均复合成长率(CAGR)从2019年的50亿美元成长至2025年达到150亿美元。

 

 

自2017年9月iPhone X上市后,苹果(Apple)在消费领域为3D传感设立了技术与用例标准。两年后,Android手机制造商另辟蹊径,采用飞时测距(ToF)相机取代结构光,并将其置于手机背面。

 

Yole光电、传感与显示业务技术与市场分析师Richard Liu补充道:“相较于结构光,ToF模组在发射端只需一个垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)和一个扩散片,降低了复杂性。藉由背照式(BSI)感光技术,ToF传感现在已有了大幅改善。成熟的生态系统也为他们带来了成本优势。这就是ToF之所以能赢得Android手机厂商青睐的主要原因。”

 

毫无疑问,3D传感的主要趋势是从手机前部到后部的转变以及ToF相机的大量采用。 Yole在其年度成像技术与市场分析《3D成像与传感》报告中指出,后置将超过前置,其市场渗透率将在 2025年达到近42%。

 

3D后置传感应用多元化

 

移动设备上的3D后置传感技术应该增加应用用例的多样性。它最初被用于照相,以提高散景(bokeh)和变焦性能,现在将扩展到扩增实境(AR)和游戏领域。除了智能手机,ToF相机模组面前还有着广阔的应用市场,包括自动驾驶、机器人、智能家居、智能电视、智能监控和VR/AR等。目前ToF传感技术在这些领域中的应用仍然处于起步阶段。

 

3D传感市场的重要性意味着从成像到传感的转变正在发生。由人工智能(AI)驱动的设备和机器人开始对其周围环境更加了解,并发展出更深层次的人机互动。用于先进驾驶助系统(ADAS)的立体相机就是3D成像与传感技术备受期待的应用之一。

 

Liu解释,“目前已有许多供应商聚焦于这项应用中最重要的元件——光达。市场上也有大量可供选择的LiDAR技术,使得这一领域竞争日趋激烈。”

 

除了车用ADAS,物流业中的工业自动导引车(AGV)以及商业领域中的脸部辨识和刷脸支付也都十分成功。 3D传感技术就这样变得越来越无处不在。包括全域快门图像传感器、VCSEL、射出成型以及玻璃光纤、绕射光学元件(DOE)和半导体封装技术等供应商们正从中获益。

 

与结构光方案相比,ToF方案的复杂度较低,在发射端仅需要垂直腔面发射激光器(VCSEL)和扩散片(diffuser)。由于采用背照式(BSI)技术,ToF图像传感器现在有了很大的改进。在成熟的3D视觉生态系统中,ToF方案也拥有成本优势。这些是ToF赢得安卓智能手机厂商青睐的主要原因。

 

 

3D成像和传感技术在智能手机中的应用

 

智能手机的后置3D传感应用案例已经显现,并成为新一轮增长驱动。首先是摄影应用,以增强散景(bokeh)和变焦能力,其次是增强现实(AR)应用及游戏。除智能手机之外,ToF方案在智能驾驶、机器人、智能家居、智能电视、智慧安防等领域都拥有广阔的发展前景。目前,ToF技术在这些领域的应用还处于起步阶段。

 

Yole预计全球3D成像和传感市场将从2019年的50亿美元增长到2025年的150亿美元,复合年增长率(CAGR)为20%。3D视觉市场的重要性意味着从成像到传感的演变正在我们眼前发生。人工智能(Artificial Intelligence,AI)技术驱动的设备和机器人对周围环境有更深入的理解,并发展到与人类互动的新水平。高级驾驶员辅助系统(ADAS)和自动驾驶汽车是备受期待的3D成像和传感应用,而激光雷达(LiDAR)则是这项应用的重要传感组件,正在被大量的厂商关注。激光雷达的技术路线多样,创新企业也不断涌现。

 

 

3D成像和传感市场预测(2019~2025年)

 

此外,物流行业的自动引导车(AGV),以及商业领域的3D人脸识别和人脸支付也都非常成功。可见,3D传感技术正快速走向普及的道路。因此,3D传感核心元器件,如近红外图像传感器、VCSEL、滤光片、扩散片和衍射光学元件(DOE)、注塑和玻璃光学器件等,都将从中受益。本报告为您提供有关3D成像和传感市场及技术的真知灼见。

 

 

3D摄像头模组核心元器件(双目立体视觉 vs. 飞行时间法 vs. 结构光)

 

ToF重塑3D传感模组价值

 

那么,ToF的应用对于供应链有何影响?

 

Yole成像业务总分析师Pierre Cambou指出,“移动设备3D传感供应链正快速变化中。就像2017年结构光技术被导入iPhone一样,包括Lumentum、艾迈斯(ams)和意法半导体(STMicroelectronics )赢得了第一轮。接下来,Princeton Optronics (ams旗下子公司)和Finisar已经准备好进军VCSEL市场,因此市场确实很快就会充满竞争。”

 

2019年,工程材料和光电元件供应商II-VI Incorporated收购了Finisar,并协助其巩固了现有的工业业务。在此期间,还另外发生了几起大型并购案,如Philips Photonics被创浦(Trumpf)收购,ams买下欧司朗(OSRAM)。 Trumpf和ams正积极向Android阵营的3D相机供应链迈进,分别为三星(Samsung)和华为(Huawei)提供VCSEL。

 

此外,还有另一家中国公司也正进军3D传感生态系统:用于ToF的泛光发射器之VCSEL输出光束无需编码,因此更容易产生。这有助于中国供应商纵慧芯光(Vertilite)加入该市场,同时还赢得了华为的2019年3D传感器订单。此举也受到在中美贸易冲突期间中国培养当地供应链的政策推动。

 

 

对于移动设备后置3D传感来说,ToF阵列是关键的元件。 ToF相机技术在201年首先应用于Phab 2 Pro智能手机,它采用的是pmd和英飞凌(Infineon Technologies)两家公司的ToF阵列。在此之前一年,Sony买下了比利时手势辨识公司SoftKinetic,取得其知名的DepthSense ToF传感系统。到2019年ToF相机模组起飞之时,此举已让Sony在3D传感接收器芯片市场的占有率从零攀升至45%。凭借其强劲的技术实力和供应产能,预计Sony将保持其于ToF领域的领导地位。

 

然而,由于CMOS图像传感器(CIS)芯片制造业一直竞争不断,这一领域的竞争也将随之加剧。 pmd则与英飞凌联手推出一款可以与之匹配的芯片。 Yole分析师预计CIS巨擘三星和意法半导体将在今年各自推出间接ToF阵列传感器。三星已在其Galaxy Note 10+中采用了ToF技术。 System Plus Consulting已在其反向工程与成本分析报告《三星Galaxy Note 10+ 3D飞时测距技术深度传感相机模组》一文中对其进行了深入分析。

 

 

ToF技术正在提升3D传感模组的价值,出货量快速增长

 

在消费电子领域中,智能手机厂商正迅速制定自己的3D传感策略。预计苹果将在2020年的iPad Pro甚至iPhone中使用后置ToF摄像头,而前置3D人脸识别摄像头仍可能使用结构光方案。Yole还预计苹果可能会使用定制版CMOS图像传感器,将手机视觉扩展到人眼功能之外,以实现AR导航等功能。苹果的加入将加快ToF技术在安卓智能手机中的渗透速度,因此业界普遍乐观地认为,2020年将有更多集成ToF摄像头的产品落地。本报告预测2020年集成ToF功能的智能手机出货量将达到1.73亿部。

 

 

智能手机前置和后置3D摄像头模组的技术演进

 

5G时代推动物联网应用的同时,各种智能设备对3D成像和传感的需求也在增加。ToF凭借其成本优势和出色的实时感知能力,将成为主流的3D视觉方案。特别是在AR和VR应用中,对避免眩晕的时间延迟有很高的要求,这意味着ToF是最适合的空间定位技术。在汽车应用中,ToF技术可实现手势识别、车内驾驶员状态监测和车外目标探测等功能。在工业物流中,ToF技术将挖掘许多新应用,如物流和引导机器人的避障系统、包裹外形尺寸测量等。此外,还有家庭中使用的扫地机器人。本报告预测,2025年ToF摄像头模组的年出货量将达到6.8亿个,约占整个3D成像和传感市场的60%。

 

3D成像和传感生态系统蓬勃发展,中国厂商涌入竞逐

 

智能手机3D成像和传感供应链正在迅速变化。随着结构光方案于2017年引入苹果iPhone,Lumentum、艾迈斯半导体(ams)和意法半导体(STMicroelectronics)等厂商成功摘取了第一波3D成像和传感应用的果实。后来,普林斯顿光学(Princeton Optronics)和菲尼萨(Finisar)杀入VCSEL市场,使得竞争激烈的局面出现。2019年,II-VI收购Finisar,这有助于巩固竞争实力。在此期间,还有其它几项大型合并行为,例如通快(Trumpf)收购飞利浦光电子(Philips Photonics),ams吞并欧司朗(OSRAM)。Trumpf和ams都在积极进入安卓智能手机阵营的3D摄像头供应链,分别向三星(Samsung)和华为(Huawei)提供VCSEL产品。

 

聚焦中国市场,我们发现众多初创公司正在进入3D成像和传感生态系统。在ToF摄像头方面,由于泛光照明器中的VCSEL输出光束不需要编码,因此更容易设计及量产。这有助于一家名为纵慧芯光(Vertilite)的中国VCSEL供应商进入智能手机市场。他们已经在2019年获得了华为的VCSEL订单。在中美贸易冲突发生之际,华为培育本土供应链的政策也推动了这一举措。

 

 

3D成像和传感的供应链情况

 

ToF图像传感器是智能手机后置3D摄像头的关键组件。ToF摄像头于2016年首次应用于智能手机:Phab 2 Pro,该款手机使用pmd和英飞凌(Infineon)联合开发的ToF图像传感器。在此前一年,索尼(Sony)收购了比利时手势识别公司SoftKinetic,该公司拥有著名的DepthSense——ToF传感方案。然后到2019年,ToF摄像头市场起飞时,这一举措使索尼在3D成像和传感接收芯片领域的市场份额从0%上升到45%。凭借强大的技术研发和供应能力,索尼有望继续保持在ToF图像传感器市场的领先地位。但是,类比可见光CMOS图像传感器(CIS)芯片制造领域的竞争格局,我们认为ToF图像传感器的竞争将会加剧。pmd与英飞凌最近发布了一款极具竞争力的ToF图像传感器。业界预测CMOS图像传感器巨头三星和意法半导体将在2020年推出自己的ToF图像传感器。

 

从中期来看,随着汽车激光雷达应用的发展,我们将会看到更多的并购行为。全球有大量极具竞争力的创新公司值得期待,包括中国的禾赛科技(Hesai Technology)和速腾聚创(RoboSense)等。无论是智能手机3D摄像头,还是汽车激光雷达,他们所需的半导体组件是相似的:图像传感器/探测器、光源(如VCSEL/EEL)、光束操纵组件(如MEMS微镜、DOE)以及其它光学元件。毫无疑问,3D成像和传感生态系统将在2020年继续壮大!

 

整体而言,这场竞争在一小群CIS厂商中依然相当激烈。从中期来看,Yole预计随着汽车LiDAR应用可能加入,将会出现更多的并购(M&A)机会。届时将有大量极具竞争力的新兴公司,其中还包括几家中国新创公司,如禾赛科技(Hesai Technology)、速腾聚创(RoboSense)和镭神智能系统有限公司(LeiShen Intelligence),提供大致上相同的基本半导体产品,包括CIS芯片、VCSEL、MEMS、晶圆级光学元件等。

关键字:后置3D传感 编辑:muyan 引用地址:http://news.eeworld.com.cn/MEMS/ic492817.html 本网站转载的所有的文章、图片、音频视频文件等资料的版权归版权所有人所有,本站采用的非本站原创文章及图片等内容无法一一联系确认版权者。如果本网所选内容的文章作者及编辑认为其作品不宜公开自由传播,或不应无偿使用,请及时通过电子邮件或电话通知我们,以迅速采取适当措施,避免给双方造成不必要的经济损失。

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