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2018传感新技术之3d传感

2022-10-27 02:02:10

这阵子大家一定很常听到一个词——3D 传感,打从去年苹果 iPhone X 问世,提供 Face ID人脸解锁的 3D 立体影像感测技术,就成了大热门,直到近几个月安卓阵营包括小米、OPPO 也终于跟上,发布了支持 3D 传感的产品。小米抢在 5 月公布了一款小米 8 透明探索版,强调是安卓阵营第一款 3D 传感手机,使用以色列公司 ManTIs Vision 的 3D 编码结构光方案、奥地利公司 AMS 则提供红外光(IR)垂直腔面发射雷射器(VCSEL)阵列等,有网友放上开售的海报照片,显示将在 7 月 24 人开卖,一度遭网友讪笑是“PPT 造机”,反倒让 OPPO Find X 后发先至,抢了开卖的先机。

中国第一个实现 3D 传感模组量产的公司

早在去年 iPhone X 问世时,苹果供应链就已经传出,苹果与关键元件 VCSEL 供应商 Lumentum 签有一纸专利协议,在专利高墙的保护下,其他公司很难绕过苹果设下的门槛而使用类似的方案,知名的法国调研机构 Yole Developpement 的 MEMS 与成像技术研究主管 Pierre Cambou 就曾表示,苹果 TrueDepth 摄像机技术设立了高门槛,预计其他竞争对手可能需要超过 1 年时间才能提供可匹敌 iPhone X 的 3D 传感技术。

不过,这个诅咒已经被打破,OPPO Find X 于日前正式销售,让安卓阵营量产的时间提前了不少,身为供应商的奥比中光也在这一波 3D 传感浪潮中一战成名,让国内的手机公司能够在一年之内就推出实现 3D 传感的手机,断了苹果专美于前的路,更值得注意的是,在 3D 传感领域有三大巨头公司:苹果、微软以及英特尔,奥比中光作为中国第一个实现 3D 感测模组(光学镜头+发射器+ ASIC 芯片)量产的公司,带来关键零部件国产化的行业意义。

3D 感测技术方向

先简单科普一下,目前 3D 传感有三个常听闻的技术方法:

立体视觉(Stereo Vision):利用两个摄像头让 2D 图像加了深度,创造立体成像,类似人眼的原理。

飞时测距(ToF,TIme of Flight),亦有人称飞行时间法:利用 LED、雷射二极体(LD)打出光源,照射到物体后光反弹回来,由于光速已知,所以能用红外光感测器量测反弹回来的时间,进而算出物体的距离。

另一个就是当今的主流的3D 结构光(Structured Light):利用 LD 等打出不同的光源图形,光接触到物体后反射回来的会是形变或扭曲的光线图形,再利用红外光感测器,判断该物体的立体结构。是苹果 Face ID、OPPO FaceKey 采用的主要技术。其中结构光包括条纹结构光、编码结构光和散斑结构光。

不论是从苹果或 OPPO 所公开的结构,都可以看到使用了红外光摄像头、点阵投影器(Dot Projector),其中点阵投影器有几个关键元件,如 VCSEL 、绕射光学元件(DOE)、晶圆级光学元件(WLO),WLO 又包括扩束组件、准直组件和投射透镜,进而产生出数万个“结构光点”,例如苹果打出大约 3 万个光点到用户的脸上,而 OPPO 则打出 1.5 万个光点。

奥比中光副总裁陈挚接受 DT 君采访时指出,在 3D 传感领域,很难有单一技术可以满足所有的场景需求,在不同的地方就会使用不一样技术,因此奥比中光在各种技术都有投入研发。但是,为什么手机最先使用结构光技术?主要在于技术成熟度、核心元器件的制造以及技术产生的效果。举例来说,“结构光具有高分辨率、高帧率的优势,现阶段 ToF 则有分辩率较低、成本较高,量产可能性还没有准备好,”他说。

由于手机人脸扫描需要高清度的识别,但目前 ToF 模组普遍的分辨率是 224X171,相较于结构光的 1280X800 有一大段差距,不过,ToF 仍有优点,不易受到背景强光的影响,故在户外环境表现较好。