自從蘋果(Apple)去年推出iPhone X以來，業(yè)界觀察家對(duì)于其3D感測(cè)(3D sensing)技術(shù)的看法兩極。3D感測(cè)技術(shù)在智能手機(jī)用戶中很流行嗎？它會(huì)是未來每一支智能手機(jī)的必備功能嗎？
答案是還沒有。當(dāng)今智能手機(jī)廠商的共識(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)（來源：Apple）
業(yè)界對(duì)于智能手機(jī)搭載3D感測(cè)技術(shù)的看法紛歧——從「為什么要這么麻煩？」到「這就是未來」等各種解讀都有。反對(duì)3D感測(cè)的論點(diǎn)就來自于那些深信「屏幕內(nèi)(in-display)指紋傳感器就夠了」和「數(shù)位攝影勝過3D感測(cè)」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感測(cè)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 Développement成像技術(shù)與市場(chǎng)首席分析師Pierre Cambou解釋，這是因?yàn)椤窤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感測(cè)元件供應(yīng)受限，導(dǎo)致搭載結(jié)構(gòu)光3D感測(cè)技術(shù)的智能手機(jī)短缺——超過8個(gè)月以上。幾位業(yè)界人士指出，這些關(guān)鍵3D感測(cè)元件早就已經(jīng)被Apple等公司鎖定了。
中國(guó)大陸廠商崛起
同時(shí)，中國(guó)當(dāng)然也看準(zhǔn)了3D感測(cè)市場(chǎng)。
過去幾個(gè)月來，當(dāng)小米(Xioami)、Oppo和Vivo等中國(guó)大陸智能手機(jī)OEM陸續(xù)發(fā)布其3D感測(cè)計(jì)劃時(shí)，3D感測(cè)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「全球首款支援3D臉部辨識(shí)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)，支援3D感測(cè)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感測(cè)技術(shù)。相較于使用結(jié)構(gòu)光技術(shù)實(shí)現(xiàn)3D感測(cè)的Apple iPhone X，Vivo將會(huì)部署的是3D飛行時(shí)間(ToF)感測(cè)技術(shù)。
小米Mi 8 Explorer智能手機(jī)搭載Face ID（來源：小米）
業(yè)界一直密切關(guān)注這些中國(guó)OEM的3D感測(cè)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)來自與德國(guó)錫根(Siegen)的PMD Technologies AG合作。然而，Cambou補(bǔ)充說，Oppo還可能會(huì)改與Sony合作。
加碼投入3D技術(shù)
Yole Développment最近發(fā)表了一份名為「3D成像與感測(cè)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感測(cè)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感測(cè)進(jìn)行了深入分析。他告訴《EE Times》的記者，「Yole深信3D感測(cè)技術(shù)將快速發(fā)展?！?/div>
他指出，3D感測(cè)模組十分復(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感測(cè)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感測(cè)技術(shù)用于前置攝影機(jī)?，F(xiàn)在更大的問題是3D是否也能翻轉(zhuǎn)以及支援后向攝影機(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)和虛擬實(shí)境(AR)一直欠缺市場(chǎng)動(dòng)能，AR的銷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「未來的一個(gè)利基市場(chǎng)」。
但Apple的3D感測(cè)供應(yīng)商們似乎不這么認(rèn)為。Cambou承認(rèn)，他們看好3D感測(cè)作為「通用介面」的前景。從意法半導(dǎo)體(STMicroelectronics；ST)最近召開的季度財(cái)報(bào)電話會(huì)議看來，據(jù)Cambou的觀察，「他們似乎過度看好3D感測(cè)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感測(cè)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感測(cè)市場(chǎng)規(guī)模估計(jì)約有20億美元，包括用于消費(fèi)、汽車、醫(yī)療、商業(yè)、科學(xué)、國(guó)防和航太等領(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)來自于較「先前預(yù)測(cè)更高的平均銷售價(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感測(cè)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感測(cè)的發(fā)展脈絡(luò)
很顯然地，3D感測(cè)讓Apple得以用Face ID取代指紋感測(cè)器。正如Yole所說的，iPhone X的3D感測(cè)應(yīng)用實(shí)現(xiàn)了「輕松解鎖」、「透過臉部辨識(shí)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等社群媒體的即時(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3D為市場(chǎng)帶來的更大機(jī)會(huì)。
Cambou：「想想亞馬遜(Amazon)的Echo如何透過連接語音與人工智能(AI)，并將語音提升為主要用戶介面(UI)，從而改變了人機(jī)介面(HMI)」。同樣地，3D感測(cè)技術(shù)使得生物特征辨識(shí)「萬無一失」，如臉部辨識(shí)等。因此，他強(qiáng)調(diào)，3D也開啟了通往AI的大門。
事實(shí)上，智能手機(jī)讓3D感測(cè)更加普及。但3D感測(cè)并不僅僅是智能手機(jī)的專屬功能。Cambou說，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「臉部辨識(shí)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 and corporate responsibility)部落格文章中提到：「鑒于臉部辨識(shí)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)以帶有缺陷或偏見的技術(shù)方法來決定要追蹤或調(diào)查誰，甚至逮捕罪犯等。」
因此，3D感測(cè)的影響力更甚于在這里討論誰家的智能手機(jī)搭載3D或使用哪一家的3D技術(shù)等。
3D感測(cè)技術(shù)生態(tài)
然而，從工程的角度來看，最耐人尋味之處在于揭密移動(dòng)裝置中搭載的各種深度感測(cè)技術(shù)途徑。在即將來臨的3D感測(cè)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)是目前可用于深度感測(cè)的兩種不同方法。結(jié)構(gòu)光透過將已知圖案投影到物件上再進(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前端模組「未來可能會(huì)朝向ToF技術(shù)發(fā)展」。Cambou認(rèn)為，ToF途徑「在陽光直射下更可靠，而且運(yùn)算需求更低」。
移動(dòng)裝置中的深度感測(cè)技術(shù)（來源：Yole Developpement）
Yole描述了三種不同的3D成像和感測(cè)技術(shù)——包括立體視覺、結(jié)構(gòu)光到ToF。其中，ToF在技術(shù)上最不成熟。但可提供ToF解決方案的主要廠商包括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至少要再過二到四年才可能推出新的硬體。同時(shí)，他補(bǔ)充說，ST是iPhone X基于結(jié)構(gòu)光的3D技術(shù)供應(yīng)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感測(cè)
Apple如今面臨的一個(gè)窘境是對(duì)于3D感測(cè)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影品質(zhì)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。
誰在打造3D深度感測(cè)技術(shù)？
在Yole的協(xié)助下，《EE Times》列出了3D感測(cè)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)立出來的新創(chuàng)公司。這家瑞士新創(chuàng)公司開發(fā)了一種能即時(shí)捕捉角色的臉部辨識(shí)而打造動(dòng)畫化身的技術(shù)。
Apple iPhone X提供Animoji動(dòng)畫表情（來源：Apple）
聽起來很耳熟吧？沒錯(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視覺處理單元(VPU)，被稱為「業(yè)界首款帶有專用神經(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?！?/div>
Movidius在被收購(gòu)之前，即展開3D感測(cè)的技術(shù)開發(fā)。其芯片最初用于作為3D渲染的引擎。Movidius曾與Google合作開發(fā)Tango(Google先進(jìn)技術(shù)與專案)。
Project Tango（來源：Google）Google Project Tango的目標(biāo)是使用電腦視覺，讓移動(dòng)裝置能夠在沒有GPS或其他外部信號(hào)的情況下，檢測(cè)其相對(duì)于周圍環(huán)境的3D位置。Movidius為Project Tango提供了一種用于電腦視覺定位與動(dòng)作追蹤的芯片。
Movidius的超低功耗視覺芯片最先出現(xiàn)在這一市場(chǎng)上，并成為3D感測(cè)在移動(dòng)裝置上的先驅(qū)。大多數(shù)的視覺處理平臺(tái)出現(xiàn)在2010年初，例如微軟(Microsoft)一開始的Kinect中搭載的PrimeSense芯片(比Movidius的視覺處理器功耗更高)。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感測(cè)電腦視覺技術(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)追蹤中介韌體。
從各種跡象來看，這家日本巨擘目前正積極地成為3D CMOS ToF感測(cè)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最新的娛樂機(jī)器人'aibo'采用DepthSense技術(shù)和手勢(shì)辨識(shí)軟件（來源：Sony）
據(jù)Sony表示，SoftKinetic開發(fā)CMOS 3D感測(cè)器、3D相機(jī)參考設(shè)計(jì)、SDK、演算法以及用于手勢(shì)辨識(shí)、物件掃描、汽車控制和AR/VR等應(yīng)用，始終如一地提供3D感測(cè)和處理方面的先進(jìn)解決方案。
由布魯塞爾團(tuán)隊(duì)開發(fā)的DepthSense相機(jī)模組和軟體已經(jīng)被設(shè)計(jì)用于Sony最新的娛樂機(jī)器人——aibo。
Inuitive以色列無晶圓廠芯片公司Intuitive Ltd.專注于3D成像的發(fā)展。去年秋天，該公司推出了一款多核心視覺處理器NU4000，支援3D成像、深度學(xué)習(xí)和電腦視覺處理，適用于AR/VR、無人機(jī)、機(jī)器人和許多其他應(yīng)用。
該公司聲稱，其新款處理器將實(shí)現(xiàn)「高品質(zhì)的深度感測(cè)、晶片上SLAM、電腦視覺和深度學(xué)習(xí)(CNN)等——這些功能都整合于精巧的外形和最低功耗中?！?/div>
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完整解決方案的供應(yīng)商，擁有專利的相機(jī)設(shè)計(jì)和軟件演算法。
LIPSedge M3是一款專為嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)的多功能ToF深度相機(jī)，可產(chǎn)生即時(shí)3D資料（來源：LIPS）
LIPS設(shè)計(jì)、建構(gòu)和客制3D深度相機(jī)，同時(shí)還創(chuàng)建了辨識(shí)中介韌體和解決方案，以滿足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視覺的重要推手，并為其技術(shù)繪制了3D視覺的美好未來——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物件，然后將其發(fā)送到3D印表機(jī)。該公司擁有所謂的「專用編碼結(jié)構(gòu)光技術(shù)」。
Mantis Vision的模式采用獨(dú)特的程式碼，能在更小面積上辨識(shí)較標(biāo)準(zhǔn)方法更多的點(diǎn)。該公司聲稱，這種獨(dú)特的技術(shù)提供了更高的解析度和準(zhǔn)確度，以降低最小的物件尺寸（來源：Mantis Vision）
Mantis Vision不久前還宣布與小米合作，該公司執(zhí)行長(zhǎng)Gur Arie Bittan指出，該公司的團(tuán)隊(duì)克服了許多挑戰(zhàn)，透過使用其內(nèi)部IP，才使迅聯(lián)開發(fā)出市場(chǎng)上最具成本效益的3D結(jié)構(gòu)光相機(jī)模組。
他指出，該公司還能夠?qū)⒐鈱W(xué)堆疊和尺寸從厘米(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)支架模組、定義并準(zhǔn)備量產(chǎn)校準(zhǔn)，以及開發(fā)一個(gè)可在Arm Core上執(zhí)行的有效解碼模式演算法和管線。
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)位散斑相關(guān)、射彈結(jié)構(gòu)光和電腦視覺等方面的研究而聞名。自2001年以來，他一直在研究和開發(fā)3D掃描技術(shù)。
據(jù)奧比中光表示，「過去三年來一直在努力實(shí)現(xiàn)3D——完善該公司的Astra 3D相機(jī)系列，并設(shè)計(jì)內(nèi)建完備電腦功能的Orbbec Persee 3D相機(jī)。
Astra Mini有兩個(gè)版本。短程版Astra Mini S相機(jī)支援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（來源：Orbbec）
Orbbec聲稱其Astra 3D相機(jī)「比當(dāng)今市場(chǎng)上的其他相機(jī)更好」，提供「最高深度解析度、更卓越的范圍、卓越的準(zhǔn)確性和最低延遲」。
Orbbec據(jù)稱是Oppo的合作伙伴——使用其基于結(jié)構(gòu)光的3D感測(cè)技術(shù)。
PMD德國(guó)PMD Technologies AG成立于2002年，致力于開發(fā)CMOS半導(dǎo)體3D ToF元件，同時(shí)為數(shù)位3D成像領(lǐng)域提供工程支援。
值得一提的是，該公司引以為榮的先進(jìn)ToF技術(shù)——整合于晶片上，PMD稱其「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)了專用的光學(xué)鏡頭，用于其移動(dòng)裝置的3D深度感測(cè)成像器和相機(jī)模組。（來源：PMD）
PMD并為OEM的相機(jī)開發(fā)提供參考設(shè)計(jì)，包括標(biāo)準(zhǔn)和客制版。PMD聲稱擁有多年的ToF相機(jī)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，可協(xié)助系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員加速其硬件開發(fā)過程，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)模組要求」。
英飛凌一直是PMD的長(zhǎng)期合作伙伴。雙方共同開發(fā)了用于3D臉部辨識(shí)的ToF影像感測(cè)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)模組整合于智能手機(jī)中。
PMD據(jù)傳與中國(guó)大陸智能手機(jī)供應(yīng)商Vivo合作伙伴，為其提供配備基于ToF的3D技術(shù)。
編譯：Susan Hong
(參考原文：Jury Still Out on 3D Sensing for Smartphones，by Junko Yoshida)
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01月07日 18:14
