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从DOE切入打造三维-传感驭光科技打造“智能设备的眼睛”

  从DOE切入打造三维-传感驭光科技打造“智能设备的眼睛”

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  在引信电路中,由于器件寄生参数的存在使得波形畸变,甚至造成更加陡峭的电压和电流变化率。一般来说

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  近年来随着技术的发展,激光引信开始向智能化、多功能和小型化方向发展,尤其是体积的缩小使得大功率、高频电路、激光器、电源等强电磁波发生源与大量对电磁干扰敏感的元器件安装在一起,因此消除激光引信内部干扰变得至关重要。通过EDA技术在激光引信中的应用,在引信电路设计之初就充分考虑系统的噪声抑制,可以有效减少引信内部的干扰,提高电磁兼容性。

  由此可见,电路级的EDA技术使电子工程师在实际的电子系统产生前,就可以全面地了解系统的功能特性和物理特性,从而将开发风险消灭在设计阶段,缩短了开发时间,降低了开发成本。

  VHDL是一种全方位的硬件描述语言,包括系统行为级。寄存器传输级和逻辑门级多个设计层次,支持结构、数据流和行为三种描述形式的混合描述,因此VHDL几乎覆盖了以往各种硬件俄语言的功能,整个自顶向下或由底向上的电路设计过程都可以用VHDL来完成。VHDL还具有以下优点:(1)VHDL的宽范围描述能力使它成为高层进设计的核心,将设计人员的工作重心提高到了系统功能的实现与调试,而花较少的精力于物理实现。(2)VHDL可以用简洁明确的代码描述来进行复杂控制逻辑艄设计,灵活且方便,而且也便于设计结果的交流、保存和重用。(3)VHDL的设计不依赖于特定的器件,方便了工艺的转换。(4)VHDL是一个标准语言,为众多的EDA厂商支持,因此移植性好。

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  半定制ASIC芯片的版图设计方法分为门阵列设计法和标准单元设计法,这两种方法都是约束性的设计方法,其主要目的就是简化设计,以牺牲芯片性能为代价来缩短开发时间。

  EDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向,它的基本特征是:设计人员按照“自顶向下”的设计方法,对整个系统进行方案设计和功能划分,系统的关键电路用一片或几片专用集成电路(ASIC)实现,然后采用硬件描述语言(HDL)完成系统行为级设计,最后通过综合器和适配器生成最终的目标器件,这样的设计方法被称为高层次的电子设计方法。下面介绍与EDA基本特征有关的几个概念。

  通常,在设计过程中每一个阶段都要进行仿真验证其正确性。在综合前,要进行行为仿真,将VHDI源程序直接送到VHDI仿真器中仿真,此时仿真只是根据VHDI语义进行,与具体电路没有关系。综合后,可利用产生网表文件进行功能仿真,以便了解设计描述与设计意图一致性。功能仿真仅对设计描述逻辑功能进行测试模拟,以了解其实现功能是否满足原设计要求,仿真过程不涉及具体器件硬件特性,如延迟特性。时序仿真根据适配后产生网表文件进行仿真,是接近真实器件运行仿真,仿真过程中已将器件硬件特性考虑进去了,因此仿真精度要高得多。时序仿真网表文件中包含了较为精确延迟信息。

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  2017年,苹果率先在手机上应用了3D结构光技术进行面部识别,相对于普遍的2D人脸识别,3D能识别人脸的深度、进行活体检测,大大提高了人脸识别的安全性,也为三维传感系统在手机等消费电子品以及机器人、车载、工场等场景的使用提供了更广阔的思路。

  而站在这条产业链的底部,驭光科技从DOE衍射光学器件出发,提供完整的光模块及解决方案,也成为行业内较早吃到螃蟹的企业。

  近期,亿欧采访了驭光科技创始人兼CEO田克汉博士,揭秘了3D传感系统背后的产业链条,及其在更广场景内的应用。

  2017年,苹果率先在手机上应用了3D结构光技术进行面部识别,相对于普遍的2D人脸识别,3D能识别人脸的深度,进行活体检测,大大提高了人脸识别的安全性,也将最底层、也是极为重要的DOE(衍射光学器件)带入了人们的视野。

  普通相机获得的是二维图像,但仅仅依靠图像处理和分析无法对照片中物体的真实状态作正确判断,而具有三维传感功能的终端产品则能实现这一点。

  三维传感系统可谓是智能设备的眼睛,计算机视觉的三维传感算法已有超过三十年的历史。其中的关键器件DOE,是表面形貌具有复杂设计结构的光学器件,它通过对入射光进行相位调制,输出任意形态的出射光场,然后通过三角测距法来判断物体的深度距离。

  DOE的技术、量产都是壁垒,并且需要根据应用场景等进行定制化,可以说是整个三维传感产业的咽喉,也是目前难度最大、玩家最少的一环。

  作为国内为数不多的DOE提供商,田克汉最早从设计软件切入这一领域,这也成为其一个重要优势。

  此前,田克汉在本硕博期间研究的都是光学,毕业后,又在IBM从事半导体制造,2014年创立了驭光科技。早在读书时,他就发现,以往在学校里接触的都无法实现光学精密加工的量产。而半导体工艺作为一项集大成的高精密科技,田克汉认为“用半导体做光学的精密加工”是一大方向。

  后来,他又发现使用的商用软件存在设计与制造分离、良率低的问题,于是便和另一位联合创始人尹晓东共同开发了一款软件,提供更适于制造的掩模版设计方案,硬件选择代工方式,并将产品推向了欧洲市场。

  彼时,欧洲一家全球范围内最流行的光学建模平台的软件供应商看到这款产品,还向田克汉他们提出收购软件的意向。不过,田克汉他们没有接受,而是决心开始自己打造产品。

  不仅在设计上,在加工制造环节,驭光科技采用世界领先的纳米级工艺,加工衍射光学器件。

  另外,在器件的检测上,驭光科技自主生产检测设备。田克汉笑道,之前合作方曾给他介绍了一家台湾的设备供应商,结果发现还没有自己造的好,甚至有一些厂商要过来买他们的检测设备。

  作为三维传感系统应用最火热的领域之一,手机也成为驭光科技最先崭露头角的领域。田克汉解释道,驭光科技在手机领域提供的不仅仅是DOE器件,也是更好更有效的投射和传感方案。

  田克汉介绍道,此前手机端三维传感器的投射模组的常用方案是使用双片准直透镜和双片带ITO膜的DOE或者单片带ITO膜的DOE加准直系统;而驭光科技利用其核心专利技术,通过只使用单片带ITO膜的DOE,整合DOE和准直功能为一体的方式来降低成本和缩小模组体积,更适用于移动端设备,并且已经成功量产;此外,由于具有消除零级衍射的主动安全功能,可以通过进一步去掉ITO的方式进一步降低成本。

  田克汉还讲到一段颇为自豪的插曲,在对国内手机知名厂商的DOE进行竞标的过程中,对于同样的器件解决方案,几家国际知名的竞对都参加了竞标,但由于技术上的难度,其中一家未能中标,另外一家竞对中标后甚至无法完成样品的考核,更不要提最后的量产,驭光科技最终成为事实上的独家供应商。这也验证了其实力。

  不过做DOE并不是公司的最终目标,驭光科技最终想“以硬件为载体出售解决方案”,成为“智能设备的眼睛”。

  而DOE,可以说是整个三维传感产业的咽喉,也是目前难度最大、玩家最少的一环。拿下这一环,驭光科技也在向产业链的下游延伸。

  DOE位于三维传感行业的底层,此前,该领域的主要玩家是德国的CDA,及奥地利的AMS(艾迈斯半导体)和台湾的Himax(奇景光电)等,玩家并不多;下一环为光学模组,主要厂家包括舜宇、欧菲光、富士康等;往下延伸,则是三维传感系统,华为、联想、小米、奥比中光等都是成员;其后则是可进行手势识别、行为分析、人脸识别等的三维传感系统,海康、Oculus、旷视等都是入局者。

  目前驭光科技的DOE在设计、制造、量产和检测上都是自主完成,算法也能完成自主设计和定制,模组和系统则由自主设计、控制或代工生产。驭光科技是国外科技巨头和国内手机知名厂商等的产品供应商;还和笔记本供应商联宝成立了合资公司,提供传感系统解决方案。

  在手机领域,驭光科技选择避其锋芒,做单纯的DOE供应商,与产业链中的其他厂家进行合作,做到“不和客户进行竞争”,田克汉形容这是“站在巨人的肩膀上跳舞”;而在车载、安防、工业等相对并不十分细分的领域,除器件外,驭光科技同样供应光学模组和三维传统系统,延伸到产业链的下游。

  为实现DOE的自主生产,驭光科技还投入几千万自建了产线,有两千平米千级(局部百级)和一千平米万级超净间,及自研的微纳DOE检测设备。据了解,目前手机领域的器件可达到月出货量可达10kk。

  三维传感系统,不仅能应用于手机等消费电子领域。三维传感还可以:在安防监控中,判断监控对象的性质;在工业检测和机器人中,知道物体的形貌;智能汽车中,识别周边环境和判断驾驶人的状态;在智能零售中,提供精确度更高的刷脸支付方案。

  据了解,驭光科技手机业务占比达到60%-70%,同时,其他器件非手机类业务,包括车载、安防、智能零售等领域的业务占到30-40%。

  在车载场景中,驭光科技的三维传感方案目前主要关注车内人的行为,如人脸开车门、启动,确认司机是否系好安全带、是否有打瞌睡等行为;车外的行驶上,如和激光雷达互补,在远距离识别外进行近距离识别,辅助完成自动巡航、障碍避开等,也是之后三维传感发力的方向。

  而安防领域,驭光科技目前的布局主要是在智能门锁上,结合人脸识别、行为分析进行更准确的识别。同时,驭光科技也在和公安合作,进行三维传感数据的采集。另外,在较远距离(5-10米)的监控上,驭光科技可以进行如抢银行、监狱打架和自杀等特殊情况的行为分析。如监狱中,两人快速运动到一起时,就很容易被二维图像判断为打架,但通过三维测距,就能分辨两人只是走过还是有了身体接触,就能减少误报。田克汉认为,二维图像加上三维传感后,会减少更多误报,更快促进三维传感系统的进一步落地。

  田克汉介绍道,盈利上,驭光科技2019年营收可达上亿元,而且有较高的毛利率。目前公司已有约100人,其中研发人员占比在80%左右。团队由八名田克汉在清华大学的校友组成,分别来自IBM、3M、飞利浦、台联电、意法半导体等。

  苹果手机应用3D结构光为3D传感在手机市场的应用开了一个先河,同时也使更多的应用场景开始注意到三维传感系统带来的革新。不过,总体而言,田克汉认为,这个行业还在稳步发展。设计和制造的结合,再加上算法、系统的整套方案,会更适合于三维传感系统落地及未来与AI落地的结合。

  随着智能音箱、智能机器人、智能手机/平板、智能穿戴等电子消费品的增长,及在车载、安防、工业等领域的应用,在不久的将来,3D传感这一“智能设备的眼睛”或成为智能终端及设备的“标配”。北京赛车直播网址

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