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定制光学元件方案
3D传感技术方案_3D 传感解决方案
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自从开发出革命性的微软 Xbox Kinect 游戏主机背后的专利窄带通滤波器技术以来，VIAVI 公司就将行业领先的光学滤波器与光整形光学器件（LSO）的精准度，同大规模生产的规模优势与可靠性相结合。随着先进的 3D 传感技术被引入手机、汽车和工业机器人领域，VIAVI 持续在全球范围内为该技术的安全、精准及高效应用提供支持。
什么是 3D 传感？
三维（3D）传感是通过电子方式获取长度、宽度和深度信息，并利用这些数据来改善人类、设备与世界之间交互界面的过程。3D 传感技术利用近红外光反射、几何原理、摄影技术以及先进的计算能力，让机器能够以细致、有意义的方式 “看见” 人和物体。
家用游戏行业为消费者带来了 3D 传感的首个实际应用场景，飞行时间（ToF）传感器捕捉玩家的手势与动作，创造出全新的互动游戏体验。
3D 传感应用已经拓展到面部识别功能，这一功能不仅提升了笔记本电脑和移动设备的安全性，还改善了数码照片的质量与分辨率。
借助 3D 传感，虚拟现实（VR）或增强现实（AR）能够将现实世界的 3D 图像与计算机生成的投影相结合，在众多应用场景中创造或补充视觉体验。
交通、工业和医疗流程也从面向外部世界的先进 3D 传感技术所带来的安全性与高效性中获益。
VIAVI 3D 传感
3D 传感的工作原理是什么？
3D 传感背后的技术基于向物体投射光源，并在反射后收集相同的光波，以此确定物体的形状与位置。在整个过程中，监测被称为 “目标信号” 的特定投射波长是一个关键要素。
光学组件对发出的光波进行塑形和定向，从而优化目标信号的照明模式。在返回路径上，聚焦光学器件将所有反射光汇聚到一个滤波器中，该滤波器把目标信号与错误光信号分离开来。随后，这些光被导向一个传感器，以便计算距离、形状和深度信息。
3D 传感的类型
3D 传感技术主要分为两类，即飞行时间（ToF）技术和结构光（SL）技术。根据用户的特定需求，每种传感方法都适用于多种应用场景。
直接飞行时间技术
顾名思义，直接飞行时间（DToF）3D 传感技术利用短暂的定时光脉冲，然后直接测量反射光的返回时间，以此确定物体的位置。就像超声波或声纳一样，这种方法的分辨率取决于数据采集的量和速度。DToF 用于消费电子产品、自动驾驶汽车及其他工业应用中的光探测与测距（LiDAR）系统。
间接飞行时间技术
间接飞行时间（IToF）技术利用反射光的相位而非时间特征，来测量物体上各个点的距离。间接 ToF 技术包含一个设定频率的调制光源，距离是根据入射光和出射光之间的相位差来确定的。高精度的 IToF 传感器在 30 米及以下的短距离条件下性能最佳。
结构光技术
结构光系统使用投射到物体上的经过校准的红外光图案。随后，3D 传感相机检测该图案的畸变和强度，以确定物体的相对距离和形状 。利用计算机算法来重建 3D 表面。一些结构光系统使用相移图案或红外点，而非方形网格。与飞行时间传感器相比，结构光 3D 扫描具有高精度且功耗更低的特点。
3D 传感组件
精确、高分辨率的 3D 传感系统要求所有单个组件协同良好运行。这些系统的照明光源通常是激光二极管或发光二极管（LED），它们会产生人眼不可见的红外（IR）或近红外光。垂直腔面发射激光器（VCSELs）因其能耗低、体积小且可靠性高，成为热门选择。
原生红外光源必须通过光整形光学器件（LSO）进行调制，这些器件会根据 3D 传感应用定制辐照度和强度。玻璃基板上的工程聚合物常被用于扩散光源，消除 “热点”。
通过光整形光学器件抑制所有零级（直射）光，来保障眼睛安全。VIAVI 设计的漫射器在创建具有高传输效率的均匀光场的同时，控制输出强度分布。漫射器会根据结构光或飞行时间（ToF）应用进行定制。
控制光学器件，包括具有高信噪比的窄带通滤波器，可防止杂散光到达传感器。精确的滤波能提高系统精度，并减轻处理负担。
VIAVI 获得专利的低角度偏移（LAS）3D 传感滤波器能有效阻挡环境光，并减少中心波长偏移。其纤薄的外形非常适合当下及新兴的飞行时间（ToF）和结构光应用。
配备 3D 传感器的深度相机将反射光波转换为有意义的 3D 数据集。相机的传感器扫描光源输入，并将其转换为电能。
定制固件用于根据传感器信息生成数字代码，以支持各种前沿应用。随着算法和功能的不断演进，3D 传感固件也会随之升级。
3D 传感技术应用
3D 传感技术的出现，在如今的智能手机技术中或许最为引人注目。面向用户的 3D 扫描通过面部识别提升了安全性，而面向外界的 3D 传感则为增强现实和高性能深度感知摄影创造了新机遇。随着对 3D 相机技术需求的持续增长，照明光源、LAS 滤波器和工程漫射器的产量也将持续飙升。
消费电子
生物特征扫描及其他新型 3D 传感应用正在重新定义消费电子领域。笔记本电脑和平板电脑在移动设备的增强现实 / 虚拟现实、运动传感和安全创新的基础上不断拓展。曾革新家用游戏行业的微软 Kinect 的手势识别功能，如今已拓展到多人 3D 位置感知、面部表情检测以及非接触式心率监测。
汽车行业
汽车行业曾看似不太可能成为 3D 传感技术的受益者。如今，由 5G 和物联网赋能的先进驾驶辅助系统（ADAS）以及自动驾驶汽车，已让 3D 传感成为交通安全的关键部分。激光雷达（LiDAR）系统提供短距离和长距离的 3D 传感，使车辆能够实时独立评估周围环境。
车内传感和由 3D 摄像头支持的驾驶员监测系统，会在驾驶员注意力不集中或困倦时发出警告，并助力实现手势操控指令。车辆还采用 3D 扫描及面部识别技术用于点火锁，以及自动重新调整驾驶员偏好设置，如空调、座椅和后视镜设置。
工业领域
在高度动态环境中作业的灵活机器人利用飞行时间（ToF）和结构光技术，快速识别作业对象及障碍物。3D 传感使得大规模自动化仓库订单履约得以实现，并且能更高效地检测出产品损坏及其他不合格情况。
在狭小空间内作业的人员、机器人与机械设备可能引发安全和安保问题。诸如锯木厂、发电厂、数据中心这类存在潜在敏感风险的环境，会运用 3D 传感技术来检测不安全状况，并基于面部特征识别用户。相关设施与设备会自动关停，以防发生事故、人员受伤或未经授权的闯入。
VIAVI 如何推动 3D 传感行业发展
3D 传感组件与软件的改进，迅速让飞行时间（ToF）技术和结构光系统从小众市场迈入广泛的消费、工业及物流应用领域。
手机面部识别最初是为了提升安全性而被采用。如今，用户创建的虚拟形象，以及利用面向外界的 3D 传感实现的增强现实，激发了无限创意。与此同时，激光雷达（LiDAR）技术的进步持续推动自动驾驶汽车从设计图纸走向实际道路。预计到 2027 年，这种向多个垂直行业的快速扩张将在全球催生出价值 150 亿美元的 3D 传感市场。
凭借创新、经验以及精准的大规模生产的完美结合，VIAVI 开创的专利窄带滤波器和高效光整形光学器件，正引领 3D 传感行业迈向下一代。
我们提供的服务：规模化的精准度
VIAVI 在满足 3D 传感生态系统需求方面独具优势。自从在微软 Kinect 游戏主机的开发过程中发挥关键作用以来，VIAVI 始终坚定不移地致力于创新与质量成本把控。
受专利保护的低角度偏移（LAS）窄带滤波器以无与伦比的光学性能和高信噪比在行业中处于领先地位。这些自主研发的 3D 传感滤波器已向市场交付超 20 亿个，充分证明了其稳定性与可靠性。
具有精准漫射轮廓的光整形光学器件（LSO）通过抑制所有零级光（无热点）来保障眼睛安全。VIAVI 设计的漫射器具备独特属性，能以可扩展的外形实现高传输效率与均匀照明。
随着新的 3D 传感、增强现实和空间感知应用不断涌现，VIAVI 致力于保持技术领先地位，推动新型 LSO 产品及 LAS 滤波器取得进步。创新材料与工艺持续助力 3D 传感技术不断改进。作为产品全生命周期中值得信赖的合作伙伴，VIAVI 为客户提供从咨询、早期原型制作到超大规模生产的全程支持。
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