今年3月，苹果发布了新款iPad Pro，其中最大的升级就是搭载了苹果产品中首次出现的dToF，通过投射点阵，来获得更精准的3D场景信息，提升AR应用体验。而随着苹果秋季发布会的临近，产业链也传出iPhone12也将会搭载dToF LiDAR，加深AR布局。作为倒逼产业链的标杆，苹果这波操作让许多人萌生出“dToF取代iToF”的观点，事实真的如此吗？
dToF姗姗来迟，移动端应用还需解决两大问题
ToF在智能手机端的应用早已屡见不鲜，发展到如今2020年，几乎所有高端旗舰机型上都标配上一枚ToF传感器。最初，这项技术被用于距离传感，厂商将ToF模组应用于手机前面板，作为通话熄屏功能的传感器，这可以追溯至2014年的黑莓passport、LG G3等机型。
在近几年，由于3D感测、拍照测距的需求提高，ToF在智能手机上有了更多的用武之地。目前市面上的手机ToF模组大多是采用iToF（indirect ToF）的方案，顾名思义，iToF的原理并不是直接测量光束的飞行时间。据华为Camera总工程师罗巍介绍，iToF一般是将发射的光波调制成一定频率的周期性信号，通过测量发射信号与信号到达被测端反射回来到接收端的相位差，间接计算出光的飞行时间，常见的方案有四步相移法和两步相移法等。
不过，因为iToF输出一帧深度图像时，需要采集多个相位的图像数据来计算相位差，所以iToF相对整体功耗比较高，而且提高深度图的帧率会比较困难。为了解决这些问题，iToF采用增加脉冲瞬时功率、多像素融合Binning的方式来提高信噪比，从而降低功耗，增大探测距离。iTof的优势是因为sensor的pixel相对较小（可以做到5um，甚至3.5um），所以分辨率可以做高。
在iToF广泛应用的这几年间，似乎一直都是“雷声大，雨点小”。无论是手机厂商还是调研机构，在不断吹捧ToF在手机领域的应用即将爆发同时，对于消费者而言ToF却并没有为他们带来特别明显的变化，相信没有人会单纯因为ToF的加入而选购一款手机吧。当然，这很大程度上是由于应用场景以及软件生态的匮乏，以致于ToF一直没有迎来真正意义上的市场“爆发”。
就在很多人觉得ToF略显鸡肋时，苹果推出的新iPad Pro上搭载的LiDAR又将ToF带到风口浪尖上。目前在ToF的技术路线上，大致可以分为iToF和dToF（direct ToF）两种方案，而iPad上的LiDAR就是后者。
对于iToF和dToF的区别，ams资深技术支持经理白燕恭表示，dToF在原理上其实相比iToF更简单直接。dToF的原理是利用从光源发射开始，到被测物体反射到接收端的过程时间除于以二，再乘上光速就能直接获得与被测物体的距离数据。
“相比于iToF，dToF主要有这几点优势：具有真正的距离检测、快速响应、低功耗以及对多物体检测的精确性。特别是iToF在检测多个物体时并不能够识别数量，只能反馈出一个距离中间值。”白燕恭补充到。
那么问题就来了，既然从原理上dToF甚至比iToF更为简单，那么为何直到今年iPad Pro上的应用，才让dToF正式进入到消费者视野中？
对此，炬佑智能科技有限公司CEO刘洋认为主要是成本以及应用场景两大原因，“根据现在的技术成熟度和导入的现状，dToF在成本上还是比iToF更高，在结构上会对发光部分的要求也更高，并因此在应用场景比较局限于较远距离的场景。在移动端，也是先以更加成熟和更加性价比高的iToF为主导入，因移动端对多传感的需求，包括苹果也开始在iPad Pro上尝试，dToF开始得到更多关注。其实dToF并不是新技术，也早在其它领域有应用，主要是更适用于较远距的场景。”
事实上，尽管看起来dToF原理相对简单，但实现的过程中，还会遇到很多难题。dToF主要由三大部分组成：发射端VCSEL、接收端SPAD（单光子雪崩二极管）、TDC（时间数字转换电路）。相比于iToF，dToF无论是在发射端还是在接收端都具有更高的要求。
对于发射端而言，VCSEL光源的功率直接影响到dToF的工作距离。要实现如iPad Pro一样5米左右的工作距离，就要提高VCSEL光源功率，或将脉冲周期缩短到ns级别，以提升瞬时功率。另一方面在接收端SPAD上，本身其工艺复杂、成本高，目前大多由国外厂商垄断，同时如何在有限的体积下提高其分辨率也有待解决。因此，难以小型化、成本高是导致dToF迟迟未能在移动端设备广泛应用于3D感测的主要原因。
而在手机ToF产品上，刘洋表示目前还是以SONY为主的国外供应链，炬佑智能也在积极与手机客户合作，特别是在推进其一些独有的TOF芯片和系统技术上。dToF方面，国内在关键的VCSEL和SPAD都在近期有所突破，比如西安电子科技大学朱樟明、杨银堂教授研究团队6月初发布的dToF SPAD激光雷达传感器芯片，单芯片上集成了核心感光器件SPAD整理及精准测距电路、多种测距精度优化和抗背景光干扰算法等功能，具有32×32×4分辨率、超30fps的刷新率，在200mW功耗下可以实现12-15米的远距离高精度探测，是目前报道中最远的dToF SPAD探测距离。
由此可见，随着未来市场需求的提高，以及更多玩家加入到dToF市场竞争中，dToF成本或将迅速拉低。但想要进一步与AR、人脸识别等应用相适配，仍需在小尺寸SPAD的分辨率上多下功夫。
dToF取代iToF？场景适配才是关键
从iPad Pro的表现来看，dToF确实为AR应用体验带来了不小的提升。有资深业内人士向《华强电子》表示，从技术上看，除了测距精度高、抗干扰能力强外，dToF在测距距离上的优势、以及多物体识别能力使得dToF能在AR领域有较好发挥，这是苹果选择了dToF技术的主要原因。
目前来看，其实dToF在多种领域都已经有广泛应用，白燕恭表示：“现在我们已经能够看到的应用方向和应用领域有很多，像距离检测在扫地机器人上的应用、接近传感在笔记本等大屏幕锁屏解锁的应用、工厂中的安全距离检测、无人机稳定降落以及碰撞检测等等。只要是对于距离有绝对精准测量需求的应用场景，都能用到dToF。”
“像ams的TMF8系列dToF传感器，集成了光学滤波器，能够消除强光，将外部光线对传感器的干扰降到最低；同时对于光学元件普遍难题——油污也能够做到很好的抑制，而这对于iToF而言几乎无法解决，dToF则能够将影响降到最低。”
那么既然dToF优势这么多，在未来它会取代iToF成为移动端设备的首选技术吗？
如上文所提到的，dToF目前而言还存在着成本高、分辨率相比iToF低等问题。据资深业内人士介绍，dToF分辨率低，主要原因是SPAD单个像素点尺寸做不到太小。虽然今年松下在ISSCC上发布了一款采用了65nm CMOS工艺的1200×900分辨率SPAD dToF传感器，但由于体积功耗的原因，更多地应用在车载LiDAR方面。
对于dToF是否会取代iToF，刘洋认为技术与场景适配才是最重要的：“ToF技术不会停留在现在的状况，不论dToF和iToF都会不断演进，甚至是不断融合，所以没必要以这些技术名称做定标方向。做更好的ToF，和做更适合相关应用场景的ToF才是关键。”
资深业内人士则认为iToF在消费电子领域与dToF还有一战之力，他表示：“我们也看到iToF技术同样也在一直进步，通过算法以及电路设计等，来提升iToF系统的测距精度、距离和抗干扰能力。因此在消费电子领域测距范围普遍不大的情况下，iToF未必会输给dToF。未来消费电子领域会是哪种技术作为主导，目前还难以下结论。”
按照以往惯例，在苹果拥抱dToF技术后，很有可能会引起供应链密集跟进布局。这对于现有的ToF厂商而言，或许是行业竞争加剧的先兆，他们又该如何面对？
“我们认为并不是苹果拥抱dToF，而是苹果在现阶段尝试了一个比较适合他们现阶段应用的ToF技术。”炬佑智能CEO刘洋认为，“虽然可能会有些企业跟风布局，但我们更加专注开发更适合客户应用的和有商业价值的ToF技术，不限于dToF和iToF。我们还在开发相关更有优势的ToF技术，包括混合型ToF技术和高动态像素控制技术等，期待在细分应用上给客户提供更专业的ToF方案，如更高解像度，更小FOM factor，更优系统成本，更高精度等。”
所以，dToF与iToF作为ToF技术中的两个分支，各自具有不同的技术特性，在不同的应用场景都将有各自的发挥空间。刘洋认为，目前的dToF技术在较远距离有更低的功耗和相对一致的精度值，但的确还存在精度不够，解像度不够和高成本的问题，因此可能会在手机后置上有一定的应用机会。
与此同时，ToF技术还在不断地演进和融合当中，炬佑智能方面表示，将来的ToF技术会向更加适配应用，更动态，更高精度和解像度的方向发展，会更加趋向系统集成化。而且发光部分的创新会是一个关键，炬佑智能在发光驱动和控制部分也在大力开发相关芯片和方案，总之，为了解决更多复杂的应用需求，ToF技术会不断进化，而且会更加多样化。
AR/VR应用我们已经谈论了很多年，但一直以来受制于设备性能、网络以及显示、传感技术等限制，进展缓慢。而如今在5G、苹果AR生态构建、华为河图应用等刺激下，ToF显然已经进入了高速发展期，各大终端企业的“背书”为ToF的应用前景提供了坚实后盾。对于ToF产业相关产厂商而言，如何抓住终端应用痛点、迅速跟进应用需求的转变、并扩大自身基础技术优势，是未来立足于红海市场的关键。
