TOF图像传感器IC出货量超过100万颗的Melexis为汽车ToF 3D成像技术提供完整的产品组合

时间： 2020-04-10 来源：Melexis

技术问答

人们曾一度认为飞行时间 (ToF) 是汽车行业中一种独特而又陌生的技术。由于缺乏汽车级传感器，加之尚未形成一个成熟的生态系统，该技术成本高昂，因此未能得到广泛应用。

ToF传感器本身分辨率相对较低也是一个制约因素，由于视野 (FoV) 狭窄或宽视野空间分辨率不足，因此应用十分有限。

随着更多主动安全标准（例如NCAP）的推出以及L4和L5级无人驾驶汽车对更多功能的解锁，ToF技术迎来了新的发展势头，不再局限于车内应用。现在，ToF技术已在近距离保护等外部应用中进行评估，因为它不仅结合了高分辨率和近距离精确深度信息，还填补了摄像头和雷达等远距离系统的空缺。

显然，应用的多样性预示着特定传感器的到来，业界也因此能够选择更合适的解决方案并提高性价比。

ToF技术的独特之处在于，它能够将环境光不敏感的高分辨率图像和距离测量相结合。今天，2D图像传感和雷达已广泛应用于汽车行业。

在距离测量的应用中，雷达技术是非常强大的，它可以检测到很小的运动情况，但是在空间分辨率方面却非常受限。ToF技术可提供中等分辨率图像和距离信息，可视等同为2D 图像传感器和雷达的结合。

根据具体需求，TOF技术可以替换上述两种技术，或者作为这两种技术的补充提供更高的可靠性。MELEXIS已经开始投资TOF技术。随着越来越多的应用开始采用单系统支持，人们对基于ToF的系统也表现出了浓厚的兴趣。

前期，人们把重点放在经汽车验证的ToF传感器的研发上；如今，业界需要一套如Melexis所提供的完整的产品组合。下面我们将以两个典型应用为例：手势识别和车内监控。

一、手势识别

第一代手势识别系统通常限于中控台周围的受限中控区域。它的视野相对狭窄，距离范围有限，但深度精度已相当不错。QVGA分辨率 (320x240px) 已经够用了，同时高性价比的LED照明也能满足性能需求。

在相同的分辨率下，利用宽视野可以完全覆盖两个前排座椅。手臂、头部和其他较大目标均可实现跟踪，但手指尚无法跟踪。

新一代手势识别系统的目标仍是在更宽广的区域中实现手指检测。因此，可能需要具有更高分辨率的ToF传感器（例如VGA）来提供具备足够空间分辨率的宽视野，从而准确检测和跟踪手指运动。

二、车内监控

Melexis 飞行时间车内应用概述

人数统计和人在车辆中的位置探测可以通过QVGA分辨率的传感器IC (320x240px) 来实现。

在收集驾驶员生物力学和认知状态的详细信息时，对分辨率和深度精度的要求也变得更高。

使用3D成像数据可以准确探测驾驶员的身体姿势、头部位置和手部位置。例如，可以确认驾驶员是否目视前方，并将手放在方向盘上，即“手握方向盘”。

3D信息可用来判断驾驶员重新介入的生物力学反应时间，并与车辆所计算的进行安全余量测量的视界进行比较。如果驾驶员反应不够迅速，ADAS就会意识到它需要在发生潜在危险情况时进行介入。

这类应用需要更高的深度和精度。在任何需要高深度精度的情况下，必须使用VCSEL 代替高性价比的LED，因为VCSEL的调制频率远远高于LED的典型最大工作频率（VCSEL可高达 100 MHz）。

汽车产业的飞行时间服务

在汽车行业光学飞行时间技术领域，Melexis一直遥遥领先。

第一代 MLX75023：Melexis飞行时间第一代MLX75023 ToF图像传感器IC经AEC-Q100认证，自2015年发布以来一直沿用至今，主要用于手势识别的人机界面 (HMI)。

第二代 MLX75024 + MLX75123：第二代QVGA芯片组MLX75024 + MLX75123的日光鲁棒性得到进一步加强，主要用于车内监控和外部应用。

MLX75024 ToF传感器IC具有相同的分辨率 (320 x 240px) 和业界领先的环境光耐受力，同时灵敏度较上一代产品提升了一倍，可在较低的光照水平下工作，同样的性能情况下照明功率需求降低30%。

耗电量降低50%，而系统效率却得到进一步提升，并且由于发热情况得到改善，摄像头也可以采用更为紧凑的设计。通过将MLX75123BA配套芯片与ToF传感器IC进行连接，其前端噪声较前代产品降低了三倍。配套芯片可用于配置像素增益等参数，同时支持像素合并功能，能够简化低分辨率应用中的硬件和软件配置。此外，MLX75123BA可支持两个MLX75024传感器IC，进一步降低了双头ToF摄像头的系统成本、复杂性和尺寸要求。

第三代 MLX75027：2019年3月，第三代VGA ToF传感器IC MLX75027面世。

MLX75027的主要特性之一是支持高达100MHz的调制频率，使制造商能够充分发挥VCSEL的性能，实现更高的距离精度。此外，该传感器IC支持高达135 FPS的距离帧率，可以检测并跟踪快速移动的物体。在30FPS 下，MLX75027的功耗仅为230 mW ，其电源方案只需 3 个电压域（2.7V、1.8V 和 1.2V），可简化系统设计并有助于降低电源单元成本。

Melexis拥有目前业界最全面的汽车ToF产品组合，同时更多新产品即将推出，客户可以在精度、分辨率和集成度等方面为其系统选择最佳传感器产品。

这几代产品均采用相同的外形尺寸，方便现有客户轻松实现产品转换，同时还开发了一款综合评估套件，帮助设计人员在开发针对新项目的解决方案时缩短交付时间，并大幅节约成本。

在Melexis，凭借第一代MLX75023 设计出了首款满足车规要求的ToF传感器IC。这证明Melexis具备了严格按照汽车质量标准设计和生产新技术的能力。Melexis非常荣幸地在2019年率先实现TOF图像传感器IC出货量超过100万颗的重大里程碑。

TOF 与 2D + NIR：

当比较2D+NIR系统和TOF 3D系统的总体系统成本时，处理器是非常重要的部分。

2D+NIR系统通常会有更高的分辨率（100 万像素，升级为 200 万像素甚至 400 万像素），这意味着2D+NIR处理器需要处理更多的像素，2D系统需要更大更昂贵的处理器。

使用ToF可以获得深度信息，而基于2D的系统需要进行额外处理以预估深度信息，也就是说，2D系统需要进行更多处理才可实现类似功能。

即使进行更多处理，2D系统的深度精度也远低于 ToF。当对深度精度需求较高时，ToF技术无疑就是最佳选择。

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