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谁在打造3D深度传感技术?中外有何差异?

2018-08-22 Junko Yoshida 阅读:
谁在打造3D深度传感技术?中外有何差异?
3D传感技术在智能手机用户中很流行吗?它会是未来每一支智能手机的必备功能吗?

自从苹果(Apple)去年推出iPhone X以来,业界观察家对于其3D传感(3D sensing)技术的看法两极。3D传感技术在智能手机用户中很流行吗?它会是未来每一支智能手机的必备功能吗?7myednc

答案是还没有。当今智能手机业者的共识是——现在仍然是3D成像“时代”的早期阶段。7myednc

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Apple TrueDepth相机系统(来源:Apple)7myednc

业界对于智能手机搭载3D传感技术的看法纷歧——从“为什么要这么麻烦?”到“这就是未来”等各种解读都有。反对3D传感的论点就来自于那些深信“屏幕内(in-display)指纹传感器就够了”和“数位摄影胜过3D传感”的智能手机相机“铁粉”。7myednc

虽然有些人认为iPhone X竞争对手就是因为缺少了成熟的3D传感技术而导致市场兴趣缺缺,但其他人并不同意这样的看法。Yole Developpement成像技术与市场首席分析师Pierre Cambou解释,这是因为“Apple在这方面的的发展更超前”。7myednc

此外,由于垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)等关键3D传感组件供应受限,导致搭载结构光3D传感技术的智能手机短缺——超过8个月以上。几位业界人士指出,这些关键3D传感组件早就已经被Apple等公司锁定了。7myednc

中国业者崛起

同时,中国当然也看准了3D传感市场。7myednc

过去几个月来,当小米(Xioami)、Oppo和Vivo等中国智能手机OEM陆续发布其3D传感计划时,3D传感应用取得了积极进展。今年5月,小米宣布推出Mi 8 Explore Edition新机,被誉为”全球首款支持3D人脸识别的Android智能手机”。7myednc

而在6月,Oppo推出配备6.42英吋AMOLED显示器的Find X智能手机,支持3D传感功能,价格高达750美元,同时也被视为Mi 8的直接竞争对手。7myednc

同样在6月,Vivo表示其Face ID认证系统将采用新的3D传感技术。相较于使用结构光技术实现3D传感的Apple iPhone X,Vivo将会部署的是3D飞行时间(ToF)传感技术。7myednc

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小米Mi 8 Explorer智能手机搭载Face ID(来源:小米)7myednc

业界一直密切关注这些中国OEM的3D传感技术合作伙伴。小米与以色列的迅联光电(Mantis Vision)合作,打造基于结构光的3D技术。OPPO则与中国深圳奥比中光科技(Orbbec 3D Technology International Inc.)合作,同样使用结构光。据报导,Vivo使用的ToF技术来自与德国锡根(Siegen)的PMD Technologies AG合作。然而,Cambou补充说,Oppo还可能会改与Sony合作。7myednc

加码投入3D技术进展

Yole Developpment最近发表了一份名为“3D成像与传感技术,2018年版”(3D Imaging & Sensing, 2018 edition)的报告,详细介绍各种系统所使用的技术、3D传感生态系统中的关键参与者,以及3D技术的市场规模和预测。7myednc

Cambou是这份报告的共同作者之一,针对3D传感进行了深入分析。他告诉《EE Times》的记者,“Yole深信3D传感技术将快速发展。”7myednc

他指出,3D传感模块十分复杂,加上Apple为其TruDepth相机选择的结构光技术成本高,这一部份解释了为什么Android手机必须要花将近八个月甚至更长的时间才能赶上Apple。7myednc

虽然Apple的TrueDepth在2017年之前就确立了3D前置相机的趋势,但Yole坦言,(3D传感应用)的浪潮在量方面转趋保守。7myednc

每一支新iPhone都有3D——包括正面和背面?

据坊间媒体猜测,今年秋季计划发布的Apple新款iPhone都将配备3D前置摄影机。7myednc

在iPhone X中,Apple仅将3D传感技术用于前置摄影机。现在更大的问题是3D是否也能翻转以及支持后向摄影机。7myednc

尽管Cambou确信前置3D的发展,但对于后置摄影机采用3D仍抱持怀疑态度。他指出,扩增实境(VR)和虚拟现实(AR)一直欠缺市场动能,AR的销售推广和游戏都尚未在市场起飞。因此,他质疑后置摄影机要搭载3D可能仍是“未来的一个利基市场“。7myednc

但Apple的3D传感供应商们似乎不这么认为。Cambou承认,他们看好3D传感作为“通用接口“的前景。从意法半导体(STMicroelectronics;ST)最近召开的季度财报电话会议看来,据Cambou的观察,”他们似乎过度看好3D传感将进入智能手机前、后摄像头市场“。7myednc

那么有多少智能手机相机将会配备3D传感技术?渗透率如何?Yole预测,2017年约有1.4%的渗透率,并将在2023年成长至55%。至于营收呢?7myednc

Yole预测这一市场正强劲成长。2017年3D传感市场规模估计约有20亿美元,包括用于消费、汽车、医疗、商业、科学、国防和航天等领域,并将在2023年达到180亿美元。据Cambou指出,这一营收数字的贡献来自于较“先前预测更高的平均销售价格(ASP),以及消费装置的3D采用率成长“。7myednc

事实上,在部署3D的所有细分市场中,Yole预测3D传感技术市场将以82%的复合年成长率(CAGR)成长,自2017年的3.75亿美元成长至2023年约为138亿美元。相形之下,他预测汽车市场的CAGR为35%,自2017年的3.91亿美元成长至2023年约为24亿美元。7myednc

3D的发展脉络

很显然地,3D传感让Apple得以用Face ID取代指纹传感器。正如Yole所说的,iPhone X的3D传感应用实现了“轻松解锁“、”透过人脸识别实现安全性“、”游戏“(如Avatar)以及”渐变“(morphing)等功能,包括在Facebook、Snapchat和Instagram等社群媒体的实时滤镜(AR、脸部渐变与合成等)等。7myednc

但如果你只是在智能手机的发展背景下思考3D,很可能会错过3D为市场带来的更大机会。7myednc

Cambou:“想想亚马逊(Amazon)的Echo如何透过连接语音与人工智能(AI),并将语音提升为主要用户接口(UI),从而改变了人机接口(HMI)“。同样地,3D传感技术使得生物特征识别”万无一失“,如人脸识别等。因此,他强调,3D也开启了通往AI的大门。7myednc

事实上,智能手机让3D传感更加普及。但3D传感并不仅仅是智能手机的专属功能。Cambou说,它还具有深远的社会和政治影响力。7myednc

他在最近发表的“人脸识别技术:亟需公共监管与企业责任“(Facial recognition technology: The need for public regulation and corporate responsibility)部落格文章中提到:”鉴于人脸识别技术的广泛社会影响力以及被滥用的可能性,政府实施周全的监管似乎特别重要,否则可能导致公共机构以带有缺陷或偏见的技术方法来决定要追踪或调查谁,甚至逮捕罪犯等。“7myednc

因此,3D传感的影响力更甚于在这里讨论谁家的智能手机搭载3D或使用哪一家的3D技术等。7myednc

3D技术生态系统

然而,从工程的角度来看,最耐人寻味之处在于揭密移动设备中搭载的各种深度传感技术途径。在即将来临的3D传感时代,全球生态系统中的每一家参与业者都在争抢设计订单。7myednc

简而言之,结构光和ToF技术是目前可用于深度传感的两种不同方法。结构光透过将已知图案投影到对象上再进行3D扫描。当光线照射到物体上,图案会变形。这时再透过结构光分析已知图案的变形情况,以推断深度。7myednc

ToF则透过调变光源照射场景,并观察反射光源。测量照明和反射之间的相移后,再将其转换为距离。7myednc

虽然Apple为其前置深度相机选择了结构光途径,作为3D成像时代的起点,但Yole深信3D前端模块“未来可能会朝向ToF技术发展”。Cambou认为,ToF途径“在阳光直射下更可靠,而且运算需求更低“。7myednc

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移动设备中的深度传感技术(来源:Yole Developpement)7myednc

Yole描述了三种不同的3D成像和传感技术——包括立体视觉、结构光到ToF。其中,ToF在技术上最不成熟。但可提供ToF解决方案的主要业者包括PMD、Sony、ST和英飞凌科技(Infineon Technologies)。结构光技术则有Mantis、Vision、ams和ST、英特尔(Intel)、奇景光电(Himax)以及韩国的Namuga。ST同时投入两大技术阵营。7myednc

Yole预期,短期内,Apple并不至于从结构光转向ToF。Cambou认为,Apple至少要再过二到四年才可能推出新的硬件。同时,他补充说,ST是iPhone X基于结构光的3D技术供货商,“但它同时也推出了基于ToF的3D技术。”7myednc

数码摄影与3D传感

Apple如今面临的一个窘境是对于3D传感博下重注,最后是否可能会因为牺牲传统数码摄影质量反而伤害了Apple自己?7myednc

Cambou以华为(Huawei)为例指出,该公司现正斥重资于数码摄影。以主动矩阵(用于传统摄影)的尺寸来比较,他计算出Apple仅用了52 mm2,而三星(Samsung)则有91 mm2,华为的是112 mm2。7myednc

谁在打造3D深度传感技术?

在Yole的协助下,《EE Times》列出了3D传感生态系统的关键业者,尤其是在3D软件/计算和3D系统设计领域。7myednc

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Junko Yoshida
ASPENCORE全球联席总编辑,首席国际特派记者。曾任把口记者(beat reporter)和EE Times主编的Junko Yoshida现在把更多时间用来报道全球电子行业,尤其关注中国。 她的关注重点一直是新兴技术和商业模式,新一代消费电子产品往往诞生于此。 她现在正在增加对中国半导体制造商的报道,撰写关于晶圆厂和无晶圆厂制造商的规划。 此外,她还为EE Times的Designlines栏目提供汽车、物联网和无线/网络服务相关内容。 自1990年以来,她一直在为EE Times提供内容。
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