走进3D视觉系列（三）：正在崛起的蓝海——3D摄像头模组
2017-05-23 14:21:42 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
继双摄像头时代的下个时代会是什么呢？麦姆斯咨询认为，3D成像和传感技术已经在高端市场的“庇护”下逐渐成熟，并在医疗类和工业类领域取得了巨大的成功。2016年，3D成像和传感器件开始出现明显的商业拓展，市场规模超过13亿美元。
摄像头模组——智能手机的兵家必争之地
最近三年间，每部智能手机的摄像头模组成本从15美元上升到近25美元，不少手机的配置数量也从1颗增至3颗。智能手机的各大巨头，如苹果、三星、华为、OPPO、VIVO、小米、LG等的旗舰机采取了差异化的摄像头战略。随着人们在微信朋友圈、Facebook和Snapchat等社交网站上PO图的热情高涨，对照片的要求也越来越高，一款能突出主体、色彩艳丽又能增加颜值的智能手机对消费者的吸引力是巨大的，摄像头成了智能手机厂商争夺市场的一把利器。
每部智能手机摄像头数量的发展趋势
智能手机在摄像头模组上可谓费尽心思，后置摄像头、前置摄像头，增加像素，加大镜头和感光元件，这些还不够。双摄像头的方案逐渐成为主打方案：主摄像头+辅助摄像头，做到类似单反的背景虚化效果；长焦+广角镜头方案，光学变焦的双摄像头模组；RGB+Mono方案，也就是彩色摄像头+黑白摄像头的方案，提高夜拍效果，提亮降噪。从后置双摄像头到前置前置双摄像头，输出的照片焦内更加锐丽清晰，而虚化部分也更加真实。
从本质上讲，双摄像头是一个过渡产品，因为没有深度信息，只能依靠算法进行测算，对于拍照或许能满足摄像爱好者的初级要求，但是对于识别跟踪和智能化增强处理方面，还是需要深度摄像头的帮助才能做到完美。
那么，继双摄像头时代的下个时代会是什么呢？麦姆斯咨询认为，3D成像和传感技术已经在高端市场的“庇护”下逐渐成熟，并在医疗类和工业类领域取得了巨大的成功。2016年，3D成像和传感器件开始出现明显的商业拓展，市场规模超过13亿美元。未来两年，我们很可能看到以智能手机和电脑为首的大量采用3D成像感知设备的消费类产品涌入，iPhone8极有可能采用前置3D摄像头。苹果这座“风向标”对3D摄像头的应用，极有可能将引发“类似指纹传感器在消费类电子上井喷式爆发”的场景再次出现，3D摄像头最终将成为生物识别和脸部识别的主流配置。
3D摄像头模组结构
3D摄像头模组拆解后，其主要硬件包括：红外光发射器（IR LED或VCSEL）、红外光图像传感器（IR CIS或者其他光电二极管）和可见光图像传感器（Vis CIS）、图像处理芯片、滤光片或镜头。此外，室外工作的飞行时间（ToF）方案需要窄带滤光片；结构光方案需要发射端光学棱镜与DOE光栅；双目立体成像方案采用两颗红外光摄像头或两颗可见光摄像头。
典型的3D摄像头模组结构
基于ToF方案的3D视觉系统的工作原理为：首先红外激光发射器发射出近红外光，经过人手或人脸的反射之后，红外信息（IR Light）被红外光图像传感器所接收，这个图像信息用来计算人手所处的位置（Z轴）；同时，可见光图像传感器采集二维平面（X与Y轴）的人手的可见光信息（Vis Light）；图像传感器的信息汇总至专用的图像处理芯片，从而得到人手或人脸的三维数据，实现空间定位。
基于ToF方案的3D视觉系统工作原理
从硬件方面讲，3D摄像头模组与普通二维摄像头模组的差异在于红外光发射器的选择上，采用垂直腔面发射激光器VCSEL取代传统的红外LED。VCSEL的优势是驱动电压和电流小、功耗低、光源可调变频率更高（可达数GHz），与化合物半导体工艺兼容，适合大规模集成制造。传言iPhone8的3D摄像头将采用VCSEL+ToF方案，有望将VCSEL带入消费电子蓝海。VCSEL的相关知识在后续的报道中我们会专门做详细讲解。
3D摄像头模组的“春天”真的来了吗？
据Yole报告《3D成像和传感-2017版》，预计3D成像和传感器件市场的复合年增长率为37.7%，2022年将达到90亿美元。如此爆发性的增长让人不禁想起指纹传感器，2013年苹果公司发布了采用指纹识别传感器的iPhone 5S，由此引爆了指纹识别传感器市场，三年间市场规模从几乎为零飙升到几十亿美元。故事的开始惊人的相似，主角都是苹果公司，剧情是否会重演？
2011~2022年3D成像和传感器件市场预测
各大公司在3D视觉布局已久，但是一直未出现大规模应用，硬件是制约因素，算法的复杂性和未找到合适的应用场景则是主要原因。从硬件方面讲，单光子雪崩二极管（SPAD）、VCSEL、MEMS扫描镜、近红外图像传感器等技术工艺复杂，国内有能力量产的企业简直是凤毛麟角；3D摄像头模组的工艺流程也较双摄像头模组复杂许多，国内的丘钛科技已有量产的案例。在算法端，3D深度摄像头要求模组厂和算法进行有效配合。3D更偏向于深度摄像技术，它对算法提出的要求更高，它不再满足双摄机械式AA制程。没有合适的应用场景则是导致3D摄像技术一直处于不温不火局面的原因。现在，我们期待苹果（Apple）公司能够迈出重要一步，推动3D成像和传感产业发展。生物识别和脸部识别将成为3D成像和传感技术的主要应用，增强现实（AR）则是另一个重要应用。未来几年，消费类产品对3D摄像头的采用，则是推动该市场的强劲动力！剧情是否会按预想的发展，让我们拭目以待！
推荐会议：
2017年9月11日，由麦姆斯咨询主办的『“微言大义”研讨会：3D摄像头技术及应用』将在上海隆重举行（同期展会：2017年中国（上海）传感器技术与应用展览会）。本次研讨会内容涉及3D摄像头应用及市场分析、3D摄像头原理及技术路线、3D摄像头模组剖析及算法解析等。已邀请英特尔、Yole Développement、ViaviSolutions、瑷镨锐思（Espros）、图漾科技、西安知微传感、艾普柯等企业进行演讲，如果贵司希望参加演讲或展会，请联系：
联系人：王懿
邮箱：wangyi@memsconsulting.com
电话：18217468860
研讨会详情及报名：www.MEMSeminar.com
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