Android 全面崛起 智能手机 视觉之战 苹果不再一枝独秀 3D (android是什么)

文章编号:44381 资讯动态 2024-12-09 3DToF结构光视觉

随着华为 P30 系列的发布,智能手机在拍照方面的极限得到了进一步的突破;尤其是华为 P30 Pro 手机,在高达 112 的 DXO 评分下,也让人们见识到了后置四摄(4000 万像素广角镜头 + 1600 万像素超广角镜头 + 800 万像素远摄镜头 + ToF 深度感应摄像头)的威力;当然,这其中,ToF 深感感应摄像头给华为 P30 Pro 带来的,不仅是拍照方面的提升。

智能手机 3D 视觉之战:苹果不再一枝独秀,Android 全面崛起

实际上,ToF 技术的加持,成为华为 P30 Pro 的一个新亮点,也将整个智能手机行业对 3D 视觉技术的应用推向一个新的高潮。而在外界的传闻中,苹果也正在现有前置 3D 摄像头的基础上,积极布局后置的 ToF 技术,让人对 3D 视觉在智能手机上的未来有了更大的憧憬。

结构光到 ToF,3D 视觉如何走向智能手机?

目前 3D 视觉技术有 3 种主流方案,分别是结构光方案、ToF 方案以及双目立体成像方案;其中,结构光和 ToF 受到智能手机行业的广泛关注。结构光和 ToF 的工作原理分别是:

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奥比中光手机事业部总经理胡科峰告诉雷锋网,在上述两种方案中,当前结构光的技术已经相当成熟,在技术、生产等方面都是如此,甚至业界已经开发出多种高低中配、适合于各种档位手机需求的方案——仅供成熟度来讲,实际上,并不亚于当前的大面积光学指纹。他认为, 相对于结构光而言,ToF 方案在智能手机上的实现还有不少难题要解决:

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ToF 原理

然而,胡科峰表示,适用于智能手机的 3D 方案有一些重要要求——小型化、低功耗、易量产。从这些要求来看,TOF 和结构光方案是各有优缺点;如果以提高功耗为代价,或者采取放大体积为代价,很多问题是可以被解决。但是,放在智能手机上,就需要平衡各个方面,做到机器小,功耗也低,量产又非常容易。综合几点的话,相对来讲就是两种技术都有一些还要克服的难关。

不过,胡科峰告诉雷锋网:

关于结构光和 ToF 在智能手机上前后置方案的问题,目前比较常见的是 ToF 放后头、结构光放前头。对此,胡科峰表示,其实 ToF 前置、结构光后置也都是有可能的,这取决于技术发展的程度和手机厂商的实际选择。他表示,其实此前也有传闻称苹果考虑过后置结构光方案;但其实不管是结构光还是 ToF,都是在为整个 3D 阵营造势,都是非常值得欢迎的;实际上,在结构光之外,奥比中光在 ToF 技术上也有自己的布局。

总体来看,在目前的智能手机上,结构光多采用前置方案,主要应用于解锁以及安全支付、3D 人脸建模等方面;而 ToF 方案多被用于智能手机后置;从应用场景上来说,除了用于后置摄影,ToF 技术还在 AR 等领域(包括 3D 拍照、体感游戏等)有一定的作用。

当然,值得强调的是 3D 视觉技术对 AR 领域的推动。

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SLAM 将有助于解决右图中的 AR 游戏不合理问题

对于 AR 来说,3D 视觉将会帮助智能手机更好地实现 SLAM(Simultaneous localization and mapping,实时定位和地图构建) 技术——而 SLAM 技术则是 AR 实现的核心。雷锋网 曾经报道 过, 苹果 ARKit 的一大厉害之处是,只通过手机的单目摄像头,结合 IMU,在智能手机上实现 SLAM 技术;而依托于普通摄像头无法比拟的景深信息和建模能力,3D 视觉技术则可以帮助智能手机实现更高级的视觉 SLAM(也称 VSLAM),从而手机上实现各种各样复杂的 AR 应用。

对此,胡科峰也表示,测通过 3D 和 IMU 等的结合,智能手机应用层面的最终方向一定是 AR 这个大方向,而且还要与 5G 结合起来,把 AR 做到非常便利,最终融入到用户的日常使用中去。

追随苹果 Face ID 之后,Android 旗舰「抢先」上马后置 3D 摄像头

2017 年 9 月,随着 iPhONE X 的发布,3D 视觉终于在智能手机上体现出它的使用价值;由于苹果在技术上的雄厚实力和它对用户体验的重视,iPhone X 以 3D 结构光技术打造了可以直接用于面部识别的 Face ID,并且迅速取代了 Touch ID。

于是,以消费级的智能手机为着眼点,各大 Android 厂商纷纷开始发力 3D 视觉,基于技术与应用场景的结合,主要以结构光和 ToF 为主。

最早跨出这一步的是荣耀。2017 年 11 月 28 日,荣耀 V10 发布,其中搭载了“点云深度摄像头”的散斑结构光手机配件,具有 3D 人脸识别与解锁、3D 人脸建模等功能。

2018 年 5 月底,小米发布了小米 8 透明探索版,其中搭载了 3D 结构光技术,号称是 Android 首款 Face ID 手机。小米 8 透明探索版采用的是以编码结构光技术,该技术由以色列 Mantis Vision 公司研发。据了解,在 Mantis Vision 的编码结构光系统,点阵投影器和泛光照明器中的 VCSEL 由艾迈斯半导体(ams)提供;近红外摄像头中的全局快门图像传感器由豪威科技(OmniVision)提供。

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2018 年 6 月,OPPO Find X 发布,这款旗舰手机的其中一个主要卖点,就是 “FaceKey 3D 结构光”技术和“双轨潜望结构”设计,而背后的供应商是奥比中光,双方是独家合作关系。从应用场景上来看,OPPO Find X 的 3D 结构光主要用于人脸识别解锁、3D 美颜等——而 Find X 的“双轨潜望结构”,则意味着 3D 结构光摄像头模组必须做得比 iPhone X 更薄。

此外,在 2018 年 10 月发布的华为 Mate 20 Pro 机型上,前置 3D 结构光技术也得以搭载。它在功能上也实现了人脸解锁、人脸支付,同时还可以通过 3D 结构光的 3D 景深感测功能来实现实时的 3D 建模;比如拍摄自己的面部表情,生成 3D 表情包。雷锋网了解到,华为带有结构光的机型发射端 VCSEL 由 Lumentum 供应;准直镜 G+P 由联创电子、舜宇光学供应;DOE 由 AMS 和 DNP 供应;接收端感光芯片由豪威科技供应;3D 结构光算法为华为自研;整个 3D 结构光模组由欧菲光和舜宇供应。

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不过,在积极探索 3D 结构光的同时,整个业界对更适用于后置摄像头的 ToF 技术的探索也在持续进行(当然有报告中,苹果也在积极部署 ToF 技术);与此同时,随着整个行业在屏幕指纹识别技术上的一步步推进,3D 结构光带来的解锁便利似乎被逐步消解——于是,ToF 技术在 Android 阵营中受到欢迎。

首先上马 ToF 的机型,是 OPPO 在 2018 年 8 月发布的 r17 Pro;基于 ToF 的加持,它在 3D 拍照、立体游戏、AR 应用方面有了一些新的玩法。雷锋网从供应链处获悉,R17 Pro 上的 3D TOF 的摄像头供应商为舜宇光学。

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2018 年 12 月 21 日,vivo NEX 双屏版发布,该机型同样搭载了 ToF 技术。由于是前后双屏方案,这款机型也能够实现 ToF 技术辅助下的三摄自拍,并且可以实现 ToF 人脸识别,该人脸识别功能可以实现 24 小时人脸解锁,甚至可以支持支付宝的支付功能。雷锋网了解到,vivo NEX双屏版的摄像头模组由信利国际、欧菲科技和三星电机供应,其中 3D ToF 模组由信利国际独供;其他两颗摄像头模组由欧菲科技和三星电机供应,而三星电机是主供。

vivo NEX 双屏版发布数天之后,华为旗下的品牌荣耀在 2018 年年底的旗舰机型 V20 中也搭载了 ToF 技术,在发布会现场,荣耀现场展示了体感游戏、3D 建模、视频瘦身美体等功能。据了解,在 3D 图像传感器方面,荣耀 V20 和 OPPO R17 Pro 都采用了索尼的 IMX316 传感器,而其模组加工是由欧菲科技、舜宇光学科技来完成——与华为 P30 Pro 的供应商相一致。

值得一提的是,在 2019 年 2 月的三星 S10 发布会上,三星也宣布了一款 S10 5G 版本,这是一款拥有四颗摄像头的手机,其中包含一款可实现 ToF 技术的 3D 摄像头。由于三星在 3D 图像传感器领域的自研优势,ToF 技术极有可能出现在其他的三星手机上,比如说下半年的三星 Note 10。

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三星的韩国「妹妹」LG 也不想落人后,走了一条不同的路:在前置摄像头上采用了 ToF 3D 模组,而不是像苹果和其它 Android 厂商那样用了结构光。根据官方介绍, 2 月发布的 LG G8 THINQ 搭载了 ToF 技术的前置摄像头,传感器是 Infineon 的 REAL3。

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当然,在最新发布的 P30 Pro 上,华为选择了 ToF 技术。按照华为方面的介绍,华为 P30 Pro 所搭载的 ToF 镜头能够实现如下功能:

可以看到,华为 P30 Pro 对 ToF 技术的应用主要体现在两个方面,一个是在手机拍照过程中对画面层次感和人像虚化功能的加持,另一方面是基于 3D 成像技术所开辟的其他应用场景,比如说 3D 体感游戏、AR 等。不过,从本质上来看,这两个方面都是离不开 ToF 技术的基本原理,就是对画面深度信息的感知和使用。

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根据雷锋网从供应链了解到的信息,华为 P30 Pro 的 ToF 模组关键供应商信息如下:VCSEL 来自 Lumentum;陶瓷盒子来自京瓷;Diffuser 扩散器来自 Viavi Solutions。镜头模组由舜宇,欧菲光提供。尽管如此,华为 P30 Pro 中其他的一些 ToF 技术实现的关键器件(比如说 3D 图像传感器)背后的供应商还并不明确。

另外,一个不得不重点关注的是苹果在 ToF 技术方面的动向。2018 年 11 月,美国专利商标局(USPTO,The United States Patent and Trademark Office)公布了苹果新的专利申请,专利显示,苹果可能使用光学电子元件如 VCSEL 以及 ToF、单光子雪崩二极体(SPad)为基础的激光 LiDAR 来改进深度摄像头。

如此,苹果什么时候在 iPhone 上马 ToF,则成为业界的另外一个关注点了。

有了 Tango 的前车之鉴,这一次 3D 视觉会在智能手机上普及吗?

2013 年 9 月,苹果在最新发布的 iPhone 5s 机型上搭载了指纹识别技术,一时引爆了指纹识别的行业供应链;短短几年时间,指纹识别就已经从旗舰机型下探到入门机型,最后在智能手机上基本上实现全面普及,成为智能手机的标配。

那么,3D 视觉技术会像指纹识别那样在智能手机上普及吗?

胡科峰表示,仅仅从解锁支付的角度来看,如果指纹技术的出现对解锁体验的提升是 60 分到 80 分的话,那么 3D 视觉带来的面部解锁或支付的提升可能是 85 分到 95 分甚至是 99 分的提升,前者是“吃饱”,后者是“吃好”,显然前者的需求更加强烈,因此普及速度更快。

胡科峰表示,对于智能手机来说,3D 视觉方案的场景除了解锁支付(甚至说解锁支付只是附赠的一个功能),还有很多方面的应用潜力,比如说 AR 游戏、AR 视频通话,但这些应用还没有得到充分的开发,而且还要跟 AI、5G 等技术相结合——如果开发到一定阶段,3D 视觉也会逐渐走向普及。

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毫无疑问,3D 视觉已经成为整个智能手机行业正在积极拥抱的一个技术趋势,它也包含着众多的应用潜力,并且会随着 AI 和 5G 的发展找到更大的生机;3D 视觉技术无疑会走向更多的智能手机,但眼下仍然集中于旗舰机型,要想实现在产品定位和价格上的下探,恐怕还需要经历一个较长的过程。

另外,从现有的发展态势来看,智能手机厂商对 3D 视觉的选择已经逐渐从前置的 3D 结构光走向后置的 ToF 技术,这不禁让雷锋网想起了此前已经宣告死亡的 Project Tango——实际上,Google 当年力推的 Project Tango 的量产机型 Phab 2 Pro 正是采用了 ToF 技术,华硕亦有过尝试,但都没有获得好的市场反响。最终 Google 不得不在 2017 年终止 Project Tango 而改用 ARCore 来推进 AR。

所以,最后的问题来了,如今 ToF 技术已经被越来越多的手机厂商所支持,那么 Google 是不是要考虑复活 Project Tango 了?

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