業(yè)界亟需的一個重要角色便是可以將整個3D ToF產(chǎn)業(yè)鏈條打通的全棧解決方案商,。
汽車的智能化進程,，往往牽一發(fā)而動全身,。
第四代高通數(shù)字座艙平臺（8295，全球第一款5nm汽車級座艙SoC芯片）的投產(chǎn)上車即將為智能座艙帶來更多的性能冗余,。芯片性能大幅進階，自然會抬高用戶對于座艙體驗的期待,。
關(guān)于“五感”的功能升級則是主機廠迭代座艙功能的不二之選,，并且這一升級更聚焦到人車交互之上，而非只停留在智能調(diào)節(jié)燈光,、調(diào)整座椅舒適度等淺層應用,。更智能的人車交互，需要汽車具備更高維度的機器視覺能力,。
全球范圍內(nèi)已有一些企業(yè)開始推出3D 視覺相關(guān)車規(guī)級方案,，比如Melexis于2015年便開始進行車規(guī)級ToF芯片的上車量產(chǎn)，用于駕駛員手勢控制操作,。近日剛發(fā)布的理想L9采用ToF立體3D攝像頭,，打破了傳統(tǒng)智能座艙互動的空間限制。
在這場智能座艙向3D化升級的浪潮中,，3D ToF技術(shù)如何量產(chǎn)上車,，成為了備受主機廠關(guān)注的焦點。
我們一起來聊聊3D ToF的那些事,。
ToF的歷史
理想L9的手勢交互,，讓3D ToF小火了一把不假，就像蘋果2020年在iPhone12系列上首度使用LiDAR（dToF）一樣,。如若追溯車內(nèi)應用ToF的歷史,，大概要從2015年講起,。
如今從寶馬7系、奔馳S級,、福特EVOS,、大眾ID.6X，到國內(nèi)的奇瑞5X,、小鵬G3和長安UNI-K等,，都在車內(nèi)用上了隔空手勢交互。大部分操作僅限中控區(qū),，可以接/拒電話,、調(diào)節(jié)音量、開始/結(jié)束導航,，一些車型還能通過手勢控制天窗,、遮陽簾、座艙照明等,。
看似用處頗豐,，實則不少槽點。尤其在準確性和一致性（和規(guī)范的預設手勢對比）上,，車內(nèi)手勢交互遠遠沒有達到理想狀態(tài),，在語音助手面前也只能算是小弟。
相比于被動式的雙目視覺識別,，目前用于手勢識別的技術(shù)路線有ToF,、結(jié)構(gòu)光和毫米波雷達三大類，光學和雷達方案之間似乎永遠橫亙著一道世紀選擇題,。
結(jié)構(gòu)光由于分辨率和精度較高,，被廣泛用于手機前置攝像頭的人臉識別；毫米波雷達作為激光雷達的補充,，對于實現(xiàn)自動駕駛來說必不可少,，其同時也在加速手勢感應的應用。
而ToF（Time of Flight）作為智能機器人的避障部件,，已成為車上流行的手勢交互選項,。相比結(jié)構(gòu)光，ToF由于已知光的速度和飛行時間,，在形成3D圖像時所需的軟件算法更簡單,，響應速度也更快；和毫米波雷達比較,，ToF識別的準確性更高,。
即便如此,，ToF面前，一面是性能爭議,，一面是量產(chǎn)上車難,。
國內(nèi)某CMOS圖像傳感器芯片（ToF采用CIS作為受光單元）供應商就對筆者表示，ToF的解決方案并沒有完全成熟,。尤其識別能力更出色的dToF,，在車上仍存在延遲高、分辨率低等問題,。
如果僅作為手勢識別,，ToF對分辨率的要求可能沒有很高，但通常ToF需要獲取多張圖像,，來還原深度信息,，時延約40～50毫秒，這導致其更多應用于不涉及車輛安全的功能,。
應用場景的局限,，讓ToF顯得過于雞肋。更重要的是,，ToF硬件成本相對較高,，底層的成像芯片對技術(shù)要求更高，主要由安森美,、豪威和索尼等外商提供。因而ToF價格仍處在“由量制約”的階段,。
關(guān)鍵在于,，車內(nèi)手勢交互還差一個“剛需”應用，讓ToF大展拳腳,，進而快速滲透,。這在手機端同樣是一個問題，蘋果,、華為早早面向用戶提供了手勢交互,，但結(jié)果相當不盡如人意。
站在消費者的角度,，行業(yè)建立一個統(tǒng)一標準顯得迫在眉睫,，畢竟手勢千千萬，不能都學會,；品牌那么多,，相同手勢對應的功能若亂套,，換個座駕很容易造成不便。
正如所有新技術(shù)一樣,，若擠掉泡沫還有剩余價值,，就可繼續(xù)成長。在那之前,，ToF必須在車上找準自己的定位,，不是可有可無的存在，而要不可取代,。
為什么是3D ToF,？
3D ToF是一種無掃描光探測和測距技術(shù)（調(diào)制光源主動照射物體），基于持續(xù)的光脈沖,，從特定指向場景捕捉深度信息（通常在1~2米內(nèi)的短距離）,。
該技術(shù)路線以獨特方式結(jié)合高分辨率深度和幅度（灰度）映射，可滿足許多內(nèi)部傳感應用的需求,。根據(jù)3D深度差異進行分類,，無需前景和背景之間存在顏色或灰度對比，即可在許多復雜的應用中識別人和物體,。ToF攝像頭可同時提供兩個輸出,。第一個是深度圖像視頻流，輸出深度圖或點云,，再通過應用算法進行處理,。第二個是代表反射信號強度的幅度圖像，又稱置信度圖像,，近紅外2D視頻流,，并且不受日光影響。
此前,，大部分用于檢測駕駛員疲勞的駕駛員監(jiān)測系統(tǒng) (DMS)均采用成本較低的傳統(tǒng)2D紅外攝像頭（配合IR紅外LED）,，導致大量信息的缺失。
相比之下,，3D攝像頭立體成像能夠識別視野內(nèi)空間每個點位的三維座標信息,，從而使得計算機得到空間的3D數(shù)據(jù)并能夠復原完整的三維圖像。
圖注：3D ToF手勢交互效果演示。
按照分類,，3D立體成像主要分為結(jié)構(gòu)光,、ToF和雙目視覺三種技術(shù)路線。
據(jù)奧銳達副總經(jīng)理陳摯博士介紹,，被動式雙目視覺受環(huán)境光影響較大,，適用于中、遠距的戶外場景,。結(jié)構(gòu)光和ToF都是主動光源成像,，適合室內(nèi)外中短距離高精度測量。采用主動光源的3D成像方法抗環(huán)境光干擾能力更強,，輸出深度精度高,，探測數(shù)據(jù)準確。但是在汽車上使用,，ToF相機的結(jié)構(gòu)更簡單,，相較于其他3D技術(shù)，ToF在車上可靠性更高,，車規(guī)器件更加成熟,。
可以說，3D ToF是目前最適用于座艙視覺感知交互的技術(shù),。
實際上,，基于ToF的3D攝像頭感知系統(tǒng)早在2015年前后便已應用于寶馬、奔馳等品牌車的豪華版配置中,，主要用于艙內(nèi)手勢交互功能,。但彼時的系統(tǒng)QVGA分辨率較低（320x240像素），且視場角較窄,，無法提供足夠好的體驗,。
而隨著近幾年國內(nèi)外廠商對于技術(shù)的不斷打磨，3D ToF相關(guān)產(chǎn)業(yè)鏈開始逐漸完善,，并且即將迎來爆發(fā)期,，這來自天時、地利,、人和的共同加持。
被產(chǎn)業(yè)鏈呼喚的“C位”
3D ToF上車,，必然離不開產(chǎn)業(yè)鏈中關(guān)鍵角色的出現(xiàn),。
“雖然幾乎所有的主機廠都已將目光聚焦于3D ToF技術(shù)，但在與客戶的交流中,，我們最大的感受就是該技術(shù)對于車廠而言依然很陌生,，大家并不清楚它究竟是怎樣的技術(shù)、可以做什么？以及如果想要將其安裝到座艙內(nèi)的話,，車廠需要打通哪些技術(shù)棧,？需要供應商之間如何配合？所以目前國內(nèi)的車載ToF技術(shù)距離成熟的商業(yè)應用依然有很大的發(fā)展空間,?！标悡床┦拷榻B。
3D ToF的產(chǎn)業(yè)鏈長且復雜,，其中包含ToF芯片,、攝像頭模組、軟件算法,、智能座艙域控制器等環(huán)節(jié),。同時，由于新生事物的天然屬性,，各個廠家對于 ToF的功能定義也都迥然不同,。
“一切都未形成標準化，因此當前主機廠要實現(xiàn)ToF落地就必須調(diào)研每個環(huán)節(jié),，這對車廠自身的研發(fā)能力,、知識體系都提出了很高的要求?！标悡床┦勘硎?。
可以看出，業(yè)界亟需的一個重要角色便是可以將整個3D ToF產(chǎn)業(yè)鏈條打通的全棧解決方案商,。
另一方面,，行業(yè)客戶的能力千差萬別也決定了解決方案商必備的靈活特性。
例如,，多數(shù)行業(yè)客戶都集中在產(chǎn)品應用和場景定義,，需要產(chǎn)業(yè)上游提供完整的產(chǎn)品方案。
一部分客戶擁有一定的 3D 視覺系統(tǒng)定義能力和開發(fā)能力,，需要提供與之匹配的關(guān)鍵系統(tǒng)模塊,，如相機機頭模塊，深度引擎算法算力平臺,。
還有極少數(shù)玩家擁有較強的座艙底層系統(tǒng)設計開發(fā)能力,，這就需要方案商為其提供高度定制化的產(chǎn)品方案，滿足其產(chǎn)品定義,，并實現(xiàn)專業(yè)價值,。
據(jù)陳摯博士介紹，奧銳達所提供的的iToF解決方案具備系統(tǒng)設計,、sensor選型和應用,、深度引擎算法移植、量產(chǎn)標定等要素，可以滿足客戶的各種定制需求,。
其中,，車規(guī)級系統(tǒng)方案設計能力包括關(guān)鍵器件的設計和選型參考、光學系統(tǒng)和模組效果的仿真和評估,、iToF深度引擎的調(diào)優(yōu),、與高通主機平臺的聯(lián)調(diào)和適配等，奧銳達可以協(xié)助車廠設計出具有差異化的ToF產(chǎn)品方案,，賦能主機廠實現(xiàn)ToF項目的量產(chǎn)落地,。
圖注：可助力車企進行車規(guī)級3D ToF系統(tǒng)方案設計
據(jù)了解，奧銳達為智能汽車量身定制的3D ToF智能座艙方案將于今年9月發(fā)布,，ToF技術(shù)上車進程有望加速,。
該自研方案采用車載ToF領(lǐng)域量產(chǎn)經(jīng)驗最為豐富的傳感器芯片廠商Melexis的產(chǎn)品，并且在高通8155平臺上實現(xiàn)VGA大分辨率30fps的高幀頻高精度的3D效果,。奧銳達與行業(yè)一流的車規(guī)模組廠合作設計的模組“身型”小巧,，可以靈活匹配到各種車內(nèi)安裝位置上，實現(xiàn)包括3D DMS,、金融安全級人臉識別,、Face ID和3D空間手勢交互等功能。
尾聲
現(xiàn)階段,，智能感知技術(shù)正在往商用落地方向不斷邁進,，自然的人機互動、個性化的智能駕駛服務等已經(jīng)成為各主機廠,、新造車勢力打造核心差異化的重要手段,。在這其中，如何讓智能汽車的“眼睛”看得更清,，優(yōu)質(zhì)的軟件算法,、強大的算力，同樣都是不可或缺的,。
如此一來,，車載軟件算法成了市場熱門，在智能汽車行業(yè),，3D視覺感知技術(shù)的應用雖剛起步，但邊界遠不可限量。
來源：高工智能汽車,，AutoLab,，掌上談車
