3D传感技术在光源照明领域取得多项进展
一系列的市场研究报告展示了3D传感市场的广阔前景。据市场调研公司Marketsandmarkets预计,动作识别和非触碰感应技术的市场规模,将在未来数年间取得79%的增长;据CompaniesandMarkets.com网站发布的报告预测,截至2018年,动作识别及非触碰感应市场的复合年均增长率将保持在50.7%的水平,市场规模将达到71.5亿美元;另外,思迈汽车信息咨询公司(IHSAutomotive) 也发布报告表明,2030年动作识别及非触碰感应产品在汽车行业的使用量将超过3800万套。3D传感市
随着传感器分辨率和照明光源功率的提升,高信噪比(SNR)和低角度变化成为必然的发展趋势。尤其对于移动设备而言,更倾向于采用大视场薄膜干涉滤光片,但因为它对角度的变化非常敏感,此类滤光片的带通也会随角度变化。
薄膜制程专利技术的发展,使得滤波器的性能更加稳定且不再随着角度的改变而出现显著的变化。这意味着3D传感系统监测区域的边缘也拥有很好的性能,同时也减少了室外环境光线的影响,从而扩大了3D系统的适用范围。
图3.低角度变化设计和标准角度变化设计
上述新技术可以在分立的滤波器上镀膜或直接在CMOS传感器上镀膜。虽然直接在传感器镜片上镀膜的费用较高,但它可以缩小设备的尺寸。尽管最新的制造工艺已经可以采用0.2毫米厚的玻璃进行滤波器的大规模生产,光程的任何一点缩减都会十分重要。
分辨率
对于手臂或手部动作的感应并不要求传感器具有极高的分辨率,但对于面部表情的识别则不然:心跳动作和眼部动作的感应要求较高的智能水平,因此,传感器也应当具备更高的分辨率。目前市面上最新式的高清智能手机的像素已高达4100万,这远远超过了当前任何一款3D传感设备对图像细节的要求。
解决分辨率问题的关键,在于数据处理的功率是否达标。处理器技术的提升通常会造成成本和能耗的增加,而这对于量产设备,尤其是消费类电子产品而言,通常是难以承受的。目前,软件开发商已经开发出多种复杂的新算法,可以轻松处理各种分辨率的数据。
不过,对于固定式监控系统设备而言,成本和能耗都不是问题:最新式的激光二极管、滤波器以及高分辨率传感器的结合可以达到非常高的3D传感性能。
应用的发展
近期3D系统对环境光的处理技术新进展对车载应用十分关键。对于汽车而言,主要的感应区域位于挡风玻璃的正下方,而这一区域同时又是最容易暴露在阳光下或被车头灯照到的区域。已有商家展示了在任何光照条件下对车载信息显示系统进行细致的非触控式操控,此类传感设备很有可能将被逐渐应用于从豪华车型到经济车型等各个价位的汽车当中,因为此类传感设备不仅十分方便,同时也可以显著提高汽车的安全性。停车辅助系统以及预碰撞安全监测系统,也是3D传感技术在汽车领域不断增长的发展方向。
3D脸部识别技术可以精确测量人脸部的几何数据,与指纹技术的准确性不相上下。就实用性而言,搭载3D传感技术的计算机、甚至包括ATM自动取款机在内的设备,可以在用户打开设备时,立刻对用户进行识别和认证,因此3D脸部识别技术的出现,意味着繁琐的登录系统已经成为过去式。的确,世界上处处可见的“电子密码锁”将会因此改变,一旦用户通过脸部识别的认证,就可以方便地使用应用程序和信息数据,甚至是开门入室。
“小型化”趋势使得可穿戴用品的发展获得了很大的推动力。谷歌正在推进一个名为“ProjectTango”的项目,一款支持室内绘图、功能强大的3D智能手机的设计工作。一旦谷歌眼镜之类的设备在市场上得到推广,用户在走路的过程中便可以在错综复杂的高楼大厦之间快速找到对的路线。对于视力障碍群体而言,该产品亦拥有巨大的市场潜力。
元件制造
想象3D传感系统的应用很容易。创建高效的系统、蓝本和小批量的设备并不简单,而持续大规模生产可靠的、高性能、小型化照明光源和光学滤波器,则更加困难!
图4.光学滤波器制造过程(JDSU公司提供)
类似3D传感系统的高速数据处理系统要求其元件能够以低错误率、低退化率进行长时间的运转,这其中的关键问题仍在于制造工艺。对于大规模、低利润的消费电子元件而言,其成本的构成,直接决定这是发明人的幻想或是产生利润的产品。小型生产厂和特约制造商或许能够生产少量的高性能概念型产品或蓝本,但严格按照标准生产数以百万计的部件则是全然不同的挑战,而且消费电子产品利润率极低。放眼全球,能够大规模生产3D传感元件的制造商,更是屈指可数。
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