近日,Bloomberg 援引知情人士消息,透露苹果公司目前正在尝试在 iPhone 背面添加一个使用 ToF(Time of Flight)技术的 3D 传感器。

iPhone X 的前置 TrueDepth 传感系统让手机可实现脸部解锁,还实现对面部表情的实时跟踪和识别,生成 Animojis。但显然,这只是苹果的第一步。前置结构光 3D 传感器已经让世界乐成一片,如果在 iPhone 的背面也加上一颗 3D 传感器,创造出的效果就不是 Face ID 能比得了了。双摄+3D 传感器的组合,可能会让 iPhone 在 AR、导航和内容制作上再次大幅领先竞争对手,并为公司的 AR 或者 MR 眼镜产品铺平道路。

苹果要穷尽 3D 传感技术

根据 Bloomberg 的报道,苹果目前正在和英飞凌、索尼、意法半导体和松下等制造商讨论,如何在 iPhone 上使用 ToF 技术的 3D 传感器。

报道中称苹果将采用的后置 3D 传感器,使用的技术为 ToF,Time of Flight,直译为「飞行时间」。顾名思义,就是通过计算光线从光源到目标的时间,来算二者之间的距离。本质上,ToF 方案和结构光方案在硬件方面类似,不同的是二者的算法。并且,ToF 方案的传感器在装配上需要的精度并没有结构光那么高,意味苹果公司如果确定方案,在生产方面不会出现今年 iPhone X 遇到的产能问题。

011ednc20171117 联想Phab 2 Pro(图片来自联想官网)

苹果并不是第一家尝试在手机背后加入 ToF 传感器方案的公司,此前谷歌和联想就推出了搭载 Tango 技术的 Phab 2 Pro,这款手机背后有 1 颗 1600 万普通 RGB 摄像头和 1 颗用于运动追踪的鱼眼镜头,两个镜头中间就是 ToF 组件。利用 ToF 技术,Phab 2 Pro 可以实现运动追踪、环境学习和深度感知等「黑科技」功能。可惜,Phab 2 Pro 和很多谷歌硬件一样,推出之后寂寂无闻,Tango 项目最后也并入 Google 的 VR 和 AR 部门,促成了 World Sense 技术的诞生。

技术相同,但不同的公司用则会有不同效果。苹果公司如果在 iPhone 手机中整合 ToF 技术,造成的影响绝对要比联想的 Phab 2 Pro 大得多。

ToF与TrueDepth 到底有什么不同?

根据彭博社报道,苹果正在研发后置 3D 传感系统采用的技术路径,跟前置的 TrueDepth 系统并不一样。

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TrueDepth 采用结构光技术,将 30000 个激光点图案投射到用户的脸上,并测量失真以生成用于认证的精确 3D 图像。这种技术原本由以色列公司 PrimeSense 研发,后在 2013 年被苹果收购。PrimeSense 曾基于结构光技术为微软研发 Kinect 传感系统。

但据了解,苹果正在研发的 3D 后置传感系统将使用飞行时间法 3D 成像(Time of Flight,ToF),这种方法更难以实现。其主要是通过激光扫面物体表面,传感系统会测量激光到达物体和返回的时间。

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014ednc20171117 ToF 原理

在上述图中,我们能看到,ToF 关键是传感器要测量物体的距离。

ToF 多被应用到 LIDAR (雷达)中,其主要的不足在于,它每次只能测量激光到达一个特定点的距离。所以,大部分雷达系统采用机械扫描装置。雷达系统目前多被用于自动驾驶领域。但体型通常较大,会被放置在汽车的顶部。

显而易见,这对手机并不适用。目前还有一种新型的雷达称之为 Flash LIDAR。它使用特殊的摄像头,可测量对每个像素实现飞行时间测量。但 Flash LIDAR 还在研发中,同时也遇到了一些挑战。因为每个像素需要得到自己的飞行时间测量,其中包括触发电路、脉冲检测电路。这便与 TrueDepth 产生了一定的冲突。

尽管 Flash LIDAR 的问题在逐步解决,但如传感器的分辨率可能相当低,接近于 VGA 分辨率。

另外的问题是,提供适当的脉冲激光照明。光以每纳秒约一英尺的速度传播,而多数 LIDAR 和 Flash LIDAR 系统光脉冲时间非常短,只有 1-2 纳秒。所以,在一定的时间内,生成足够密度的光脉冲,被 Flash LIDAR 检测到,也具有一定的挑战。

苹果已经确定在研发 ToF,但是否最终会用到手机上,还不一定。结构光非常适合用于房间大小的空间内,这也是为什么 Kinect 和 HoloLens 也会使用结构光的方案。

对比两种方案的话,ToF 的精准度和稳定性较好,但结构光可以做的更小、功耗也小,分辨率相对高。

苹果也许在尝试不同的解决方案,融入到手机中必定有很大的挑战,我们期待后置 3D 传感器能让 AR 功能更强大。

(本文整合自:极客公园,雷锋网)

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