自從蘋(píng)果(Apple)去年推出iPhone X以來(lái),業(yè)界觀察家對(duì)于其3D傳感(3D sensing)技術(shù)的看法兩極。3D傳感技術(shù)在智能手機(jī)用戶(hù)中很流行嗎?它會(huì)是未來(lái)每一支智能手機(jī)的必備功能嗎?

答案是還沒(méi)有。當(dāng)今智能手機(jī)業(yè)者的共識(shí)是——現(xiàn)在仍然是3D成像“時(shí)代”的早期階段。

Apple TrueDepth相機(jī)系統(tǒng)(來(lái)源:Apple)

業(yè)界對(duì)于智能手機(jī)搭載3D傳感技術(shù)的看法紛歧——從“為什么要這么麻煩?”到“這就是未來(lái)”等各種解讀都有。反對(duì)3D傳感的論點(diǎn)就來(lái)自于那些深信“屏幕內(nèi)(in-display)指紋傳感器就夠了”和“數(shù)位攝影勝過(guò)3D傳感”的智能手機(jī)相機(jī)“鐵粉”。

雖然有些人認(rèn)為iPhone X競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手就是因?yàn)槿鄙倭顺墒斓?D傳感技術(shù)而導(dǎo)致市場(chǎng)興趣缺缺,但其他人并不同意這樣的看法。Yole Developpement成像技術(shù)與市場(chǎng)首席分析師Pierre Cambou解釋,這是因?yàn)椤癆pple在這方面的的發(fā)展更超前”。

此外,由于垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)等關(guān)鍵3D傳感組件供應(yīng)受限,導(dǎo)致搭載結(jié)構(gòu)光3D傳感技術(shù)的智能手機(jī)短缺——超過(guò)8個(gè)月以上。幾位業(yè)界人士指出,這些關(guān)鍵3D傳感組件早就已經(jīng)被Apple等公司鎖定了。

中國(guó)業(yè)者崛起

同時(shí),中國(guó)當(dāng)然也看準(zhǔn)了3D傳感市場(chǎng)。

過(guò)去幾個(gè)月來(lái),當(dāng)小米(Xioami)、Oppo和Vivo等中國(guó)智能手機(jī)OEM陸續(xù)發(fā)布其3D傳感計(jì)劃時(shí),3D傳感應(yīng)用取得了積極進(jìn)展。今年5月,小米宣布推出Mi 8 Explore Edition新機(jī),被譽(yù)為”全球首款支持3D人臉識(shí)別的Android智能手機(jī)”。

而在6月,Oppo推出配備6.42英吋AMOLED顯示器的Find X智能手機(jī),支持3D傳感功能,價(jià)格高達(dá)750美元,同時(shí)也被視為Mi 8的直接競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。

同樣在6月,Vivo表示其Face ID認(rèn)證系統(tǒng)將采用新的3D傳感技術(shù)。相較于使用結(jié)構(gòu)光技術(shù)實(shí)現(xiàn)3D傳感的Apple iPhone X,Vivo將會(huì)部署的是3D飛行時(shí)間(ToF)傳感技術(shù)。

小米Mi 8 Explorer智能手機(jī)搭載Face ID(來(lái)源:小米)

業(yè)界一直密切關(guān)注這些中國(guó)OEM的3D傳感技術(shù)合作伙伴。小米與以色列的迅聯(lián)光電(Mantis Vision)合作,打造基于結(jié)構(gòu)光的3D技術(shù)。OPPO則與中國(guó)深圳奧比中光科技(Orbbec 3D Technology International Inc.)合作,同樣使用結(jié)構(gòu)光。據(jù)報(bào)導(dǎo),Vivo使用的ToF技術(shù)來(lái)自與德國(guó)錫根(Siegen)的PMD Technologies AG合作。然而,Cambou補(bǔ)充說(shuō),Oppo還可能會(huì)改與Sony合作。

加碼投入3D技術(shù)進(jìn)展

Yole Developpment最近發(fā)表了一份名為“3D成像與傳感技術(shù),2018年版”(3D Imaging & Sensing, 2018 edition)的報(bào)告,詳細(xì)介紹各種系統(tǒng)所使用的技術(shù)、3D傳感生態(tài)系統(tǒng)中的關(guān)鍵參與者,以及3D技術(shù)的市場(chǎng)規(guī)模和預(yù)測(cè)。

Cambou是這份報(bào)告的共同作者之一,針對(duì)3D傳感進(jìn)行了深入分析。他告訴《EE Times》的記者,“Yole深信3D傳感技術(shù)將快速發(fā)展。”

他指出,3D傳感模塊十分復(fù)雜,加上Apple為其TruDepth相機(jī)選擇的結(jié)構(gòu)光技術(shù)成本高,這一部份解釋了為什么Android手機(jī)必須要花將近八個(gè)月甚至更長(zhǎng)的時(shí)間才能趕上Apple。

雖然Apple的TrueDepth在2017年之前就確立了3D前置相機(jī)的趨勢(shì),但Yole坦言,(3D傳感應(yīng)用)的浪潮在量方面轉(zhuǎn)趨保守。

每一支新iPhone都有3D——包括正面和背面?

據(jù)坊間媒體猜測(cè),今年秋季計(jì)劃發(fā)布的Apple新款iPhone都將配備3D前置攝影機(jī)。

在iPhone X中,Apple僅將3D傳感技術(shù)用于前置攝影機(jī)?，F(xiàn)在更大的問(wèn)題是3D是否也能翻轉(zhuǎn)以及支持后向攝影機(jī)。

盡管Cambou確信前置3D的發(fā)展,但對(duì)于后置攝影機(jī)采用3D仍抱持懷疑態(tài)度。他指出,擴(kuò)增實(shí)境(VR)和虛擬現(xiàn)實(shí)(AR)一直欠缺市場(chǎng)動(dòng)能,AR的銷(xiāo)售推廣和游戲都尚未在市場(chǎng)起飛。因此,他質(zhì)疑后置攝影機(jī)要搭載3D可能仍是“未來(lái)的一個(gè)利基市場(chǎng)“。

但Apple的3D傳感供貨商們似乎不這么認(rèn)為。Cambou承認(rèn),他們看好3D傳感作為“通用接口“的前景。從意法半導(dǎo)體(STMicroelectronics;ST)最近召開(kāi)的季度財(cái)報(bào)電話會(huì)議看來(lái),據(jù)Cambou的觀察,”他們似乎過(guò)度看好3D傳感將進(jìn)入智能手機(jī)前、后相機(jī)市場(chǎng)“。

那么有多少智能手機(jī)相機(jī)將會(huì)配備3D傳感技術(shù)?滲透率如何?Yole預(yù)測(cè),2017年約有1.4%的滲透率,并將在2023年成長(zhǎng)至55%。至于營(yíng)收呢?

Yole預(yù)測(cè)這一市場(chǎng)正強(qiáng)勁成長(zhǎng)。2017年3D傳感市場(chǎng)規(guī)模估計(jì)約有20億美元,包括用于消費(fèi)、汽車(chē)、醫(yī)療、商業(yè)、科學(xué)、國(guó)防和航天等領(lǐng)域,并將在2023年達(dá)到180億美元。據(jù)Cambou指出,這一營(yíng)收數(shù)字的貢獻(xiàn)來(lái)自于較“先前預(yù)測(cè)更高的平均銷(xiāo)售價(jià)格(ASP),以及消費(fèi)裝置的3D采用率成長(zhǎng)“。

事實(shí)上,在部署3D的所有細(xì)分市場(chǎng)中,Yole預(yù)測(cè)3D傳感技術(shù)市場(chǎng)將以82%的復(fù)合年成長(zhǎng)率(CAGR)成長(zhǎng),自2017年的3.75億美元成長(zhǎng)至2023年約為138億美元。相形之下,他預(yù)測(cè)汽車(chē)市場(chǎng)的CAGR為35%,自2017年的3.91億美元成長(zhǎng)至2023年約為24億美元。

3D的發(fā)展脈絡(luò)

很顯然地,3D傳感讓Apple得以用Face ID取代指紋傳感器。正如Yole所說(shuō)的,iPhone X的3D傳感應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了“輕松解鎖“、”透過(guò)人臉識(shí)別實(shí)現(xiàn)安全性“、”游戲“(如Avatar)以及”漸變“(morphing)等功能,包括在Facebook、Snapchat和Instagram等社群媒體的實(shí)時(shí)濾鏡(AR、臉部漸變與合成等)等。

但如果你只是在智能手機(jī)的發(fā)展背景下思考3D,很可能會(huì)錯(cuò)過(guò)3D為市場(chǎng)帶來(lái)的更大機(jī)會(huì)。

Cambou:“想想亞馬遜(Amazon)的Echo如何透過(guò)連接語(yǔ)音與人工智能(AI),并將語(yǔ)音提升為主要用戶(hù)接口(UI),從而改變了人機(jī)接口(HMI)“。同樣地,3D傳感技術(shù)使得生物特征識(shí)別”萬(wàn)無(wú)一失“,如人臉識(shí)別等。因此,他強(qiáng)調(diào),3D也開(kāi)啟了通往AI的大門(mén)。

事實(shí)上,智能手機(jī)讓3D傳感更加普及。但3D傳感并不僅僅是智能手機(jī)的專(zhuān)屬功能。Cambou說(shuō),它還具有深遠(yuǎn)的社會(huì)和政治影響力。

他在最近發(fā)表的“人臉識(shí)別技術(shù):亟需公共監(jiān)管與企業(yè)責(zé)任“(Facial recognition technology: The need for public regulation andcorporate responsibility)部落格文章中提到:”鑒于人臉識(shí)別技術(shù)的廣泛社會(huì)影響力以及被濫用的可能性,政府實(shí)施周全的監(jiān)管似乎特別重要,否則可能導(dǎo)致公共機(jī)構(gòu)以帶有缺陷或偏見(jiàn)的技術(shù)方法來(lái)決定要追蹤或調(diào)查誰(shuí),甚至逮捕罪犯等?！?

因此,3D傳感的影響力更甚于在這里討論誰(shuí)家的智能手機(jī)搭載3D或使用哪一家的3D技術(shù)等。

3D技術(shù)生態(tài)系統(tǒng)

然而,從工程的角度來(lái)看,最耐人尋味之處在于揭密移動(dòng)設(shè)備中搭載的各種深度傳感技術(shù)途徑。在即將來(lái)臨的3D傳感時(shí)代,全球生態(tài)系統(tǒng)中的每一家參與業(yè)者都在爭(zhēng)搶設(shè)計(jì)訂單。

簡(jiǎn)而言之,結(jié)構(gòu)光和ToF技術(shù)是目前可用于深度傳感的兩種不同方法。結(jié)構(gòu)光透過(guò)將已知圖案投影到對(duì)象上再進(jìn)行3D掃描。當(dāng)光線照射到物體上,圖案會(huì)變形。這時(shí)再透過(guò)結(jié)構(gòu)光分析已知圖案的變形情況,以推斷深度。

ToF則透過(guò)調(diào)變光源照射場(chǎng)景,并觀察反射光源。測(cè)量照明和反射之間的相移后,再將其轉(zhuǎn)換為距離。

雖然Apple為其前置深度相機(jī)選擇了結(jié)構(gòu)光途徑,作為3D成像時(shí)代的起點(diǎn),但Yole深信3D前端模塊“未來(lái)可能會(huì)朝向ToF技術(shù)發(fā)展”。Cambou認(rèn)為,ToF途徑“在陽(yáng)光直射下更可靠,而且運(yùn)算需求更低“。

移動(dòng)設(shè)備中的深度傳感技術(shù)(來(lái)源:Yole Developpement)

Yole描述了三種不同的3D成像和傳感技術(shù)——包括立體視覺(jué)、結(jié)構(gòu)光到ToF。其中,ToF在技術(shù)上最不成熟。但可提供ToF解決方案的主要業(yè)者包括PMD、Sony、ST和英飛凌科技(Infineon Technologies)。結(jié)構(gòu)光技術(shù)則有Mantis、Vision、ams和ST、英特爾(Intel)、奇景光電(Himax)以及韓國(guó)的Namuga。ST同時(shí)投入兩大技術(shù)陣營(yíng)。

Yole預(yù)期,短期內(nèi),Apple并不至于從結(jié)構(gòu)光轉(zhuǎn)向ToF。Cambou認(rèn)為,Apple至少要再過(guò)二到四年才可能推出新的硬件。同時(shí),他補(bǔ)充說(shuō),ST是iPhone X基于結(jié)構(gòu)光的3D技術(shù)供貨商,“但它同時(shí)也推出了基于ToF的3D技術(shù)。”

數(shù)字?jǐn)z影與3D傳感

Apple如今面臨的一個(gè)窘境是對(duì)于3D傳感博下重注,最后是否可能會(huì)因?yàn)闋奚鼈鹘y(tǒng)數(shù)字?jǐn)z影質(zhì)量反而傷害了Apple自己?

Cambou以華為(Huawei)為例指出,該公司現(xiàn)正斥重資于數(shù)字?jǐn)z影。以主動(dòng)矩陣(用于傳統(tǒng)攝影)的尺寸來(lái)比較,他計(jì)算出Apple僅用了52 mm2,而三星(Samsung)則有91 mm2,華為的是112 mm2。

誰(shuí)在打造3D深度傳感技術(shù)?

在Yole的協(xié)助下,《EE Times》列出了3D傳感生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)鍵業(yè)者,尤其是在3D軟件/運(yùn)算和3D系統(tǒng)設(shè)計(jì)領(lǐng)域。

3D軟件與運(yùn)算

Faceshift (Apple旗下子公司)

Apple在2015年底悄悄地收購(gòu)了Faceshift——這是一家從瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院(EPFL)獨(dú)立出來(lái)的新創(chuàng)公司。這家瑞士新創(chuàng)公司開(kāi)發(fā)了一種能實(shí)時(shí)捕捉角色的人臉識(shí)別而打造動(dòng)畫(huà)化身的技術(shù)。

Apple iPhone X提供Animoji動(dòng)畫(huà)表情(來(lái)源:Apple)

聽(tīng)起來(lái)很耳熟吧?沒(méi)錯(cuò)!就是有了Faceshift的臉部追蹤技術(shù),才成就了iPhone X Animoji動(dòng)畫(huà)表情的基礎(chǔ)。

Movidius (英特爾旗下子公司)

英特爾子公司Movidius在今年初推出Myriad X視覺(jué)處理單元(VPU),被稱(chēng)為“業(yè)界首款帶有專(zhuān)用神經(jīng)運(yùn)算引擎的SoC,可用于邊緣為深度學(xué)習(xí)推理進(jìn)行硬件加速?！?

Movidius在被收購(gòu)之前,即展開(kāi)3D傳感的技術(shù)開(kāi)發(fā)。其芯片最初用于作為3D渲染的引擎。Movidius曾與Google合作開(kāi)發(fā)Tango (Google先進(jìn)技術(shù)與項(xiàng)目。

Project Tango(Google)

Google Project Tango的目標(biāo)是使用計(jì)算機(jī)視覺(jué),讓移動(dòng)設(shè)備能夠在沒(méi)有GPS或其他外部信號(hào)的情況下,檢測(cè)其相對(duì)于周?chē)h(huán)境的3D位置。Movidius為Project Tango提供了一種用于計(jì)算機(jī)視覺(jué)定位與動(dòng)作追蹤的芯片。

Movidius的超低功耗視覺(jué)芯片最先出現(xiàn)在這一市場(chǎng)上,并成為3D傳感在移動(dòng)設(shè)備上的先驅(qū)。大多數(shù)的視覺(jué)處理平臺(tái)出現(xiàn)在2010年初,例如微軟(Microsoft)一開(kāi)始的Kinect中搭載的PrimeSense芯片(比Movidius的視覺(jué)處理器功耗更高)。值得注意的是,PrimeSense于2013年底被Apple以3.6億美元收購(gòu)。

Project Tango (來(lái)源:Google)

Softkinetic (現(xiàn)為Sony Depthsensing Solution)

2015年10月,Sony收購(gòu)位于比利時(shí)的3D傳感計(jì)算機(jī)視覺(jué)技術(shù)制造商SoftKinetics。SoftKinetic的技術(shù)包括微軟的Kinect深度相機(jī)、CMOS深度芯片和手勢(shì)追蹤中介固件。

從各種跡象來(lái)看,這家日本巨擘目前正積極地成為3D CMOS ToF傳感器和相機(jī)的關(guān)鍵廠商,Sony并于去年底將SoftKinetics改名為Sony Depthsensing Solution。

Sony最新的娛樂(lè)機(jī)器人'aibo'就采用了DepthSense技術(shù)和手勢(shì)識(shí)別軟件(來(lái)源:Sony)

據(jù)Sony表示,SoftKinetic開(kāi)發(fā)CMOS 3D傳感器、3D相機(jī)參考設(shè)計(jì)、SDK、算法以及用于手勢(shì)識(shí)別、對(duì)象掃描、汽車(chē)控制和AR/VR等應(yīng)用,始終如一地提供3D傳感和處理方面的先進(jìn)解決方案。

由布魯塞爾團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的DepthSense相機(jī)模塊和軟件已經(jīng)被設(shè)計(jì)用于Sony最新的娛樂(lè)機(jī)器人——aibo。

Inuitive

以色列無(wú)晶圓廠芯片公司Intuitive Ltd.專(zhuān)注于3D成像的發(fā)展。去年秋天,該公司推出了一款多核心視覺(jué)處理器NU4000,支持3D成像、深度學(xué)習(xí)和計(jì)算機(jī)視覺(jué)處理,適用于AR/VR、無(wú)人機(jī)、機(jī)器人和許多其他應(yīng)用。

視頻鏈接:https://youtu.be/lsz4kJo-yz8

該公司聲稱(chēng),其新款處理器將實(shí)現(xiàn)“高質(zhì)量的深度傳感、芯片上SLAM、計(jì)算機(jī)視覺(jué)和深度學(xué)習(xí)(CNN)等——這些功能都整合于精巧的外形和最低功耗中。”

3D系統(tǒng)設(shè)計(jì)

LIPS

臺(tái)灣立普思(LIPS)成立于2013年,是3D深度相機(jī)和3D完整解決方案的供貨商,擁有專(zhuān)利的相機(jī)設(shè)計(jì)和軟件算法。

LIPSedge M3是一款專(zhuān)為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的多功能ToF深度相機(jī),可產(chǎn)生實(shí)時(shí)3D數(shù)據(jù)(來(lái)源:LIPS)

LIPS設(shè)計(jì)、建構(gòu)和客制3D深度相機(jī),同時(shí)還創(chuàng)建了識(shí)別中介固件和解決方案,以滿(mǎn)足OEM的各種應(yīng)用,包括機(jī)器人真空吸塵器、AR/VR、家用機(jī)器人、ADAS和工廠自動(dòng)化等。

Mantis Vision

以色列Mantis Vision將自家定位為3D視覺(jué)的重要推手,并為其技術(shù)繪制了3D視覺(jué)的美好未來(lái)——讓消費(fèi)者可在智能手機(jī)上拍攝3D照片或使用平板電腦掃描對(duì)象,然后將其發(fā)送到3D打印機(jī)。該公司擁有所謂的“專(zhuān)用編碼結(jié)構(gòu)光技術(shù)”。

Mantis Vision的模式采用獨(dú)特的程序代碼,能在更小面積上識(shí)別較標(biāo)準(zhǔn)方法更多的點(diǎn)。該公司聲稱(chēng),這種獨(dú)特的技術(shù)提供了更高的分辨率和準(zhǔn)確度,以降低最小的對(duì)象尺寸(來(lái)源:Mantis Vision)

Mantis Vision不久前還宣布與小米合作,該公司首席執(zhí)行官Gur Arie Bittan指出,該公司的團(tuán)隊(duì)克服了許多挑戰(zhàn),透過(guò)使用其內(nèi)部IP,才使迅聯(lián)開(kāi)發(fā)出市場(chǎng)上最具成本效益的3D結(jié)構(gòu)光攝像頭模塊。

他指出,該公司還能夠?qū)⒐鈱W(xué)堆棧和尺寸從厘米(cm)縮小到毫米(mm),并采用當(dāng)時(shí)仍處于新興技術(shù)的VCSEL雷射,滿(mǎn)足OEM廠商的功耗要求,并符合眼睛安全規(guī)定。他表示,Mantis Vision還能打造了一個(gè)與RGB現(xiàn)有相機(jī)同步的攝影機(jī)支架模塊、定義并準(zhǔn)備量產(chǎn)校準(zhǔn),以及開(kāi)發(fā)一個(gè)可在Arm Core上執(zhí)行的有效譯碼模式算法和管線。

Orbbec

深圳奧比中光科技是黃源浩在2013年成立的公司。他畢業(yè)于中國(guó)北京大學(xué),并在美國(guó)麻省理工學(xué)院(MIT)的SMART Center取得博士學(xué)位。他以雷射散斑干涉、數(shù)字散斑相關(guān)、射彈結(jié)構(gòu)光和計(jì)算機(jī)視覺(jué)等方面的研究而聞名。自2001年以來(lái),他一直在研究和開(kāi)發(fā)3D掃描技術(shù)。

據(jù)奧比中光表示,“過(guò)去三年來(lái)一直在努力實(shí)現(xiàn)3D——完善該公司的Astra 3D相機(jī)系列,并設(shè)計(jì)內(nèi)建完備計(jì)算機(jī)功能的Orbbec Persee 3D相機(jī)。

Astra Mini有兩個(gè)版本。短程版Astra Mini S相機(jī)支持0.35~1公尺的追蹤范圍,Astra Mini遠(yuǎn)程相機(jī)的范圍約為0.6~5公尺(來(lái)源:Orbbec)

Orbbec聲稱(chēng)其Astra 3D相機(jī)“比當(dāng)今市場(chǎng)上的其他相機(jī)更好”,提供“最高深度分辨率、更卓越的范圍、卓越的準(zhǔn)確性和最低延遲”。

Orbbec據(jù)稱(chēng)是Oppo的合作伙伴——使用其基于結(jié)構(gòu)光的3D傳感技術(shù)。

PMD

德國(guó)PMD Technologies AG成立于2002年,致力于開(kāi)發(fā)CMOS半導(dǎo)體3D ToF組件,同時(shí)為數(shù)字3D成像領(lǐng)域提供工程支持。

值得一提的是,該公司引以為榮的先進(jìn)ToF技術(shù)——整合于芯片上,PMD稱(chēng)其“十分精巧、可擴(kuò)展且功能強(qiáng)大”。

德國(guó)徠卡(Leica)為PMD設(shè)計(jì)了專(zhuān)用的光學(xué)鏡頭,用于其移動(dòng)設(shè)備的3D深度傳感成像器和相機(jī)模塊。(來(lái)源:PMD)

PMD并為OEM的相機(jī)開(kāi)發(fā)提供參考設(shè)計(jì),包括標(biāo)準(zhǔn)和客制版。PMD聲稱(chēng)擁有多年的ToF相機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),可協(xié)助系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員加速其硬件開(kāi)發(fā)過(guò)程,而該公司的可擴(kuò)展技術(shù)“將符合各種不同的特定相機(jī)模塊要求”。

英飛凌一直是PMD的長(zhǎng)期合作伙伴。雙方共同開(kāi)發(fā)了用于3D人臉識(shí)別的ToF影像傳感器。英飛凌的Real3 (或IRS238xC)尺寸還不到12mm x 8mm,包括接收光學(xué)系統(tǒng)和VCSEL照明,能將相機(jī)模塊整合于智能手機(jī)中。

PMD據(jù)傳與中國(guó)智能手機(jī)供應(yīng)商Vivo合作伙伴,為其提供配備基于ToF的3D技術(shù)。

原文標(biāo)題:獨(dú)家:3D成像應(yīng)該成為未來(lái)手機(jī)標(biāo)配嗎?

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