被苹果手机首发搭载之后，dTOF或全面进入无人机市场！

电子发烧友网报道（文/李弯弯）近几年，中国无人机市场快速发展，目前无人机已经广泛应用于航拍、农业、植保、微型自拍等领域，数据显示，2015-2020年，我国民用无人机市场整体规模从24亿元预计增长到361亿元，年复合增长率为72%。
 
消费级无人机市场的爆发使得无人机的影响力不断提高，电力、农业等行业相继研究无人机在各自行业应用的可能性，带动工业级无人机市场增速加快，2019年，我国工业无人机市场规模超58亿元，预计2021年行业规模将超89亿元。
 
近日马来西亚丁加奴州警方动用无人机在公共场所识别人群中体温异常的人更是引起了不少关注。据新加坡亚洲新闻台报道，无人机能在离地面20米的空中监测人体体温，一旦发现体温超过37.5摄氏度的情况，无人机就会发出红光，执法人员将据此前往现场确认体温异常者。
 
无人机在高空飞行，需要用到传感技术进行测距定高、避障防撞、定位&建模（SLAM）、手势/物体识别等，比如避障，无人机通过其传感器收集周边环境的信息，测量距离从而做出相对应的动作指令，从而达到避障的作用，无人机安全飞行离不开传感，那么哪些传感技术更适合应用在无人机上？
 
 
无人机避障多采用双目、dTOF传感
 
安森美半导体高级技术经理张厚新此前在某个活动上介绍，无人机避障如果采用摄像头的话，多是采用双目的形式，比较多选择用全局快门图像传感器。
 
全局快门相较于传统的卷帘快门，全局快门可以消除运动带来的果冻效应，同时全局快门还可以高效的和LED Flash配合，节省电力消耗。
 

 
安森美有多款适用于无人机避障的图像传感器，包括ARX383、AR0135、AR0144、AR0234、ARX3A0，其中目前国内用得比较多的是AR0144。另外安森美今年新推出一款VGA产品ARX383，可以跑120帧，光学尺寸只有1/8寸，适用于对价格较为敏感的无人机产品。
 
另外dTOF Sensor也适合用于无人机避障，安森美目前也有比较多出货。dTOF的基本原理是，通过单发激光脉冲计算光子达到的时间，用于深度测量。不过问题是，如果只用一次脉冲的话，信噪比、干扰会比较多，可能出现发射出去，接收不回来。因此还可以采用多脉冲发射，具有更好的信噪比、可以测更远的具体，能够更精准的得到距离信息。
 

 
安森美主要采用的是SPAD，即硅单光子雪崩二极管，是一种具有单光子探测能力的光电探测雪崩二极管，同时安森美还有SIPM技术，即光电倍增管，大致的方式是将单个SPAD并联，形成矩阵的形式，这样可以实现较远的测距。
 

 
张厚新谈到，安森美可以提供包括单点、线阵以及面阵的产品，线阵的产品比如有1*12、1*16，不仅可以用在无人机上，还可以用在医疗和放射市场，以及LiDAR市场。
 
 
dTOF全面覆盖无人机的五大深度传感应用方向
 
现在很多无人机越来越先进，搭载各种先进的摄像头和传感器，灵明光子联合创始人贾捷阳认为，dTOF传感是无人机的第三只眼，这种真正深度传感器开始普及之后，会让未来的无人机更加智能、更加智慧。
 
灵明光子成立于2018年，专注于用SPAD技术设计先进的dTOF传感器，公司在手机、汽车、IoT领域做了非常多探索，在无人机领域也有很多客户，成立到现在已经推出多款量产产品。
 
深度传感器包括多种类型，在无人机上的应用简单来说就是测距，大概有五大应用方向，包括测距定高、避障防撞、摄像自动对焦、定位&建模（SLAM）、识别&增强现实。不同的应用方向对传感器的需求也稍有不同。
 

 
深度传感器的类型有超声波、毫米波雷达、多目摄像头、结构光、间接飞行时间(iTOF）和直接飞行时间（dTOF），其中超声波、毫米波雷达是目前无人机较为常见的搭载方式，多目摄像头也很常见，尤其是应用在消费级无人机上实现避障。
 

 
这些方法各有优劣，比如超声波有一个很大的优点就是便宜，毫米波雷达可以测得更远，双目摄像头对硬件系统要求简单，不需要先进的传感器，结构光的精度更高，iTOF和dTOF都适用于远距离测距，其中间接飞行时间分辨率会更高。
 
贾捷阳认为，上述这些深度传感器在无人机以外的消费类产品中都各有优势，比如手机，但是用在无人机上的话，dTOF不一定是全面最优的，但却是综合性能最好的，比如测距距离不如毫米波，但却比毫米波成本更低、体积更小。
 

 
再比如在测距精度上，在某些固定距离，与结构光相比，结构光只能看一个固定距离，没法从0m测到10m-20m，但dTOF可以在精度略逊于结构光的情况下，测从10m到20m；同时dTOF在体积和功耗方面也极具优势。
 
另外虽然分辨率略逊于iTOF和双目，无人机对分辨率的要求并没有那么高，并不需要VGA、1080p这么高分辨率的3D图像，因此贾捷阳表示，我们认为dTOF未来会是无人机方面最重要、最好的深度传感解决方案。
 
dTOF的产品形态大概有三类，单点测距、散点测距和面阵成像。dTOF有两种工作模式，MPPC工作模式，硅光子倍增管SiPM，也就是把多个SPAM并联的模式，特点是模拟输出，单点或线阵测距，测距能力强，可以达到100m以上，后端威廉希尔官方网站 简单，适用于激光雷达、测距仪等。TCSPC工作模式，单光子图像传感器SPADIS，特点是数字输出，面阵成像或散点测距，测距能力弱，后端威廉希尔官方网站 负责，适用于3D摄像头。
 

 
据贾捷阳介绍，在硅光子倍增管产品SiPM上，灵明光子拥有全球光子探测效率最高的SPAD产品，905nm是高到25%，因为采用了微透镜、BSI、光子捕捉等先进技术；在单光子图像传感器SPADIS方面，国际先进的SPADIS产品，有80*60、160*120等，产品采用国际最先进的3D堆叠架构工艺，目前国内只有灵明光子采用该工艺，国际上只有索尼和灵明光子有采取该工艺的成熟产品。
 
未来灵明光子将会陆续推出各类升级产品，希望通过不同产品的组合，达到全覆盖的无人机全套dTOF解决方案，覆盖上述提到的无人机五大深度传感应用方向。

 
小结
 
总的来看，无人机越来越广泛的应用在人们的生活和工作中，随着社会发展和技术进步，无人机也在向更加智能化方向发展，传感作为无人机的眼睛，也需要不停的优化升级，目前无人机避障用得较多的是双目和dTOF，而整体而言无人机搭载较多的是超声波、毫米波雷达，而灵明光子认为，未来dTOF可以全方位满足无人机的各种应用需求，预计可以替代目前无人机搭载较多的双目摄像头、超声波、毫米波雷达等。

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