区宝霖先生 ASM太平洋 助理副总裁—CIS
朱永祥先生 ASM太平洋 资深市场发展部 经理—CIS
新冠肺炎疫情加速了社会的自动化进程,可谓柳暗花明,化危为机。在疫情蔓延之际,民众都积极防疫,大家都得保持社交距离,多国生产及服务亦因此停滞,日常生活受影响,重创全球经济。如此情况下,人机协作便能发挥着重要的作用,好让大家留在家中抗疫时亦能如常工作和活动。其次疫症来袭,让人们不得不放下对自动化的担忧,还是更迫切地考虑让自动化逐步取代人力工作,减少对人工的依赖及其影响,正是推动全球自动化的好机遇。
近年,具有3D感应技术的人机界面(HMI)早已应用于日常生活中,拥有快速及准确的传感系统和简易操作的特性,正是让人机界面实现自动化的决定性因素。
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自2018年底开始,飞时测距(ToF)的3D深度感测技术更成为各行各业趋之若鹜的新趋势,从智能型手机、工业机械人、到汽车驾驶等,也可以找到ToF 3D深度感测技术的足迹。在智能型手机里,透过ToF 3D深度感测技术可快速进行人脸识别,以方便电子付款或个资安全等作用;工业上亦会透过ToF 3D深度感测技术令生产更加自动化,达至工业4.0(Industrial 4.0)或智慧生产(Smart Factory);至于汽车工业,应用更为广范,汽车辅助驾驶的光达应用(LiDAR)、驾驶者身份识别和手势识别和驾驶者监控系统等,都会利用到ToF 3D深度感测技术。
应用·T o F
2019年中,ToF 3D深度感测技术更在智能型手机中大放异彩,很多著名品牌的手机,包括华为、Oppo、Vivo、LG和三星皆具备ToF 3D深度感测技术,以提升拍摄质素,透过人脸识别进行安检及非触式导览。相信往后更多手机都会配备ToF 3D深度感测技术—有研究报告指出,在2020年将有超过一亿八千万部手机附设ToF 3D深度感测技术;至于在无人驾驶技术及高级辅助驾驶系统(ADAS),更令镜头模块生产商带来不同的商机与挑战。
挑战
市场上的ToF 3D深度感测技术主要分别两大种类:Direct-ToF(d-ToF)及Indirect-ToF(i-ToF)。生产商会按照不同的需要而选择对应的感测方法。
- Direct-ToF(d-ToF):利用光线往返物件与传感器的时间,计算出物体的距离和深度。
- Indirect-ToF(i-ToF):计算光线往返物件与传感器的相位差,从而得到与物件的距离和深度信息。
ToF 3D深度感测技术
在一般电子消费中,i-ToF为最广泛应用的深度感测方法,但该技术亦有其美中不足之处—系统性误差。
Indirect-ToF(i-ToF)由不同模块并合而成,每个模块皆需进行同步方可正常运作,但在同步的过程必定出现无可避免的系统性误差。
1.周期性误差
- 非正弦信号—信号失真或误判
- 相位差—周期性变调信号的波形改变及光功率的变异
2.Tx与Rx「收」和「放」的同步差异
- 发放器和接收器的始初化同步不一
- 系统设定与实作操作时的电压不一
3.像素点协调误差
4.热致误差
因应不同的应用,普遍市场对ToF 3D深度感测技术所致的系统误差可接受范围为±10亳米(mm),有一些应用例如在安全性解说等、网上电子付费等,则对误差范围有更高的要求,这些更严格的要求则为生产带来不同形式的挑战。
校准测试·量产
基于系统误差,高端生产商会进行模组级别的校准,以迎合高端产品的要求,确保最终成品令客户满意。
所需校准步骤如下:
- 分析周期性误差的原因并抵销其差异
- 计算信号失真带来的误差并将其抵销
- 把发放器和接收器的同步差异减到最低
- 优化像素级别的一致性
除了有效校正和测试以减少i-ToF系统性误差外,部分高端生产商还会为客户量身设计,提供一站式ToF 3D深度感测技术解决方案,以满足不同需求。
- 自动化生产:利用专业分析优化生产流程,既减少人为污染、降低成本,还提升产品良率
- 具备扩展化设计,按照不同需要,灵活变更及组装
- 容易转换不同尺寸的模组和不同模组,适应不断变化的感测技术市场
- 提供相对稳定及高产量
- 比普遍市场对精度的要求更高,为未来准备
作为全球第一CMOS摄像头传感器设备生产—ASM太平洋最新研发的RADIANCE-S,揉合全球专才,跨越今天成就未来的设计,结合高量产性能、高良率和精准、测试及校准于一身,准确校正误差优化生产,迎合客户不同的应用,真正巨细无遗、与量产化无缝接轨的ToF 3D深度感测技术解决方案:
- 在线设计、无缝传输,快速量产及校准
- 二维码追踪,随时随地,实时监控及管理生产线的运作
- 配备模块辨认功能,按不同需要,简而快的转换ToF 3D深度感测模块,加快生产运作
经过精心设计,RADIANCE-S—的模组化系统可让生产商随意插换不同模组及测试和校准功能,以扩大生产规模、量产化生产。为减免ToF 3D深度感测技术的系统性误差,RADIANCE-S特意为客户准备精度校正功能:调整电流和电压的一致性、控制ToF 3D深度传感器模组的温度和协调频率等等,把系统性误差带来的影响减至最低。RADIANCE-S的校准和测试功能,完善了ASM太平洋为摄像头模组及ToF 3D深度传感器模组的生产设备解决方案。ASM太平洋正努力为全球推进自动化,开拓数字化世界。