WNEVC 2022 | 灵明光子臧凯：SPAD dToF构建数字化慧眼助力汽车与消费传感相辅相成

由中国科学技术协会、北京市人民政府、海南省人民政府、科学技术部、工业和信息化部、生态环境部、住房和城乡建设部、交通运输部、国家市场监督管理总局、国家能源局联合主办的第四届世界新能源汽车大会（WNEVC 2022）于8月26-28日在北京、海南两地以线上、线下相结合的方式召开。其中，北京会场位于北京经济技术开发区的亦创国际会展中心。

大会由中国汽车工程学会等单位承办，将以“碳中和愿景下的全面电动化与全球合作”为主题，邀请全球各国政产学研界代表展开研讨。本次大会将包含20多场会议、13,000平米技术展览及多场同期活动，200多名政府高层领导、海外机构官员、全球企业领袖、院士及行业专家等出席大会发表演讲。

其中，在8月26日下午举办的技术研讨论坛“车规级芯片技术突破与产业化发展”上，灵明光子CEO臧凯发表精彩演讲。

以下内容为现场演讲实录：

大家好，今天很荣幸受邀分享灵明光子的进展。我们汇报主要的话题就是SPAD dToF的测量方法，是未来数字化社会的慧眼。在这里我们将聚焦于分析这个测距的方法是如何助力汽车与消费传感的相辅相成。

首先，我们先给大家介绍一下dToF。dToF是一种深度测量的方式，相比于超声波和毫米波来说，这是汽车上特别广泛使用的测距方式。但是这两种方法它的波长比较长，所以很难做到物体精确的建模。真正想要知道精确的情况和距离或者定位的时候，我们需要光学的波段。在这里有几种不同方法，其中一个是采用类似人眼和动物视眼，它的连接非常简单，但是往往只能测，只能识别前后测距，非常难以实现精准的测距。对于结构光来说，最早应用在苹果手机的FaceID上，它现在用于人脸识别和智能解锁。真正能够实现平常说的3D成像，方方面面其中包括测距、定位和建模，这就是我们常说的飞行时间法，它具体分成两种方式，一种方式是间接飞行时间法，被称为iToF，还有一种方式被称为直接飞行时间法，被称为dToF。间接飞行时间法的工作原理接近于摄像头，发出了连续波，采用的是识别波发射和接收之后相位差，从而间接推算出物体距离。但是直接飞行时间法，方法是比较简单粗暴，发出的是广的脉冲光，接受的也是脉冲光，从而计算光在飞行中的时间。所以说相对于iToF来说，dToF的方法更直接，当然它所带来的技术挑战也更难。

从业界来说，其实dToF目前是最尖端的技术趋势，首先在苹果手机和iPad、iPhone12、iPhone13Pro和Pro Max系列，搭载了基于SPAD dToF芯片，包括手机，包括未来的AR、VR、虚拟现实、增强现实等等应用。另外一点，单光子的奇迹，相对于MOSFET的激光雷达也逐渐推向了市场，索尼采用3D堆叠技术，从而实现了低成本、高性能的远距离车载固态激光。我们可以看到对于行业的领头公司来说，无论是苹果还是索尼，分别都在以消费类和汽车为代表进行布局。

这里我们简单介绍一下SPAD和dToF直接飞行法的工作原理，一般来说，传统的探测器受到一个光脉冲，电学信号和光学信号是一致的，或者比较接近的。但是单光子的探测器工作原理不是这样，对于单光子来说如苹果手机，任何一个测量象素距离，需要打出20万次光脉冲，在每个周期里，所打出的光脉冲里接收的时候，周期里只出发一次。但是每次出发，我们都会把出发时间和真正位置记录下来，我们称为时间冲。当重复20万次之后，逐渐把脉冲时间作直方图，这个图其实体现的是接收端所接收到的光学信号。从这里可以看到，单光子的任何一个信号技术是非常大的，可以说在任何一个像素成为统计直方图，就需要20万个18比特或者更高的比特数，所以它实际的数据量是iToF或者其他SAS摄像头的100倍-1000倍乃至上万倍左右。但是，这种统计直方图给我们带来很大的统计，所以我们不光知道目标物体的飞行时间在哪里，同时我们也知道在物体之前是否存在透明物体。比如说像手机上的玻璃改版或者激光雷达的玻璃保护壳，也同时知道镜头是否有脏污。同时，我们也知道在视野范围之内，像素之内有其他的干扰，同时我们也能精确知道环境光的噪声是多少。

所以，在这里我们希望做简单的举例，比如这里采用商用的对iToF和dToF里芯片，首先我们工程师出一张纸，旨意棋盘格的时候，按道理来说应该是平面，成dToF展示，但是iToF上会出现棋盘图的效应，体现在这个纸面上高起伏，所以这点对实际物体的测量有一定影响。同时刚才也提到多路径干扰的问题，在右侧的实验里，我们所展示的就是iToF放在桌子上，工程师的物质从来没有发生变化，但是把黑纸抽走的时候，由于iToF受到多路径的干扰，测量到工程师的位置发生了巨大变化，但是对于dToF来说就没有这个问题。所以从这个角度来说，dToF可以比iToF具有更准确的测量效果。

那么在这里，不管对于何种的测试方式，不管对于单点或者散点或者大面阵或者扫描成像的介质，dToF都是可以兼顾。基于刚才的展示和工作原理的介绍，我们对iToF和dToF做了一些简单的对比，其中，dToF代表功耗低、标准高的特点，同时，因为它对微弱信号非常敏感，在室外强光下，可以做到更好的户外测距。刚才也展示了，iToF受到多路径干扰，所以在这几点dToF相比iToF来说更准确测量外界据点。但是这也就意味一旦任何一家公司突破了这些系统和芯片上的技术护城河，就意味着有非常大的技术壁垒。我们灵明光子也希望成为dToF的领导者，对iToF来说技术发展成熟，和摄像头比较结合，所以索尼是占据了市面上大部分的占有率。