3D结构光还没来得及普及:智能手机的光学革命又高潮[Migage]

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  一年前,iPhone X发布前夕,业界传出了“全新iPhone会用上3D传感器和深度摄像头”的消息。

  在这则传闻中,当时还没有发布的iPhone X可以通过深度摄像头实现AR建模,3D换装等功能。

  但实际上,正式发布的iPhone X并没有通过深度摄像头实现AR功能,甚至与深度相关的功能——比如面部识别和Animoji——也仅限于前置摄像头。

  这一切的根源不难理解,皆因iPhone X所搭载的3D结构光模块。

  3D结构光的“近”

  3D结构光本身是优点颇多的,精度高、功耗低、全天候、环境适应性好,非常适合用作人脸识别、支付,以及对自拍美颜进行细节补充。所以,在iPhone X搭载这项技术后,有的Android旗舰也开始搭载这项技术。OPPO Find X就是Android阵营的3D结构光代表。

  只不过,正如上文所说的那样,3D结构光目前的用途略局限,而且仅限于前置摄像头。

  这都和原理有关。

  以散斑结构光为基础原理的3D结构光,发射衍射光斑到物体上,传感器接收到发生形变的光斑,从而根据光斑形变的量来判断深度信息。它所发射的衍射光斑在一定距离外能量密度会降低,所以不适用于远距离的深度信息采集。

  3D结构光的工作距离范围很短,仅0.2m-1.2m。这让设想中的“AR应用、3D建模”等功能难以实现。需要长距离信息的后置摄像头也与3D结构光无缘。

  TOF的“远”

  实际上,在iPhone X相关传闻出现的时候,TOF就是一个和3D结构光并行出现的词。

  TOF,Time of Flight,直译为飞行时间。其具体原理是通过给被测目标连续发送光信号,然后在传感器端接收从被测目标返回的光信号,再通过计算发射和接收光信号的往返飞行时间来得到被测目标的距离。

  这是一段技术门槛略高的阐述,大部分用户只要明白:和3D结构光一样,TOF是一个用以补充图像Z轴深度信息的技术。

  不过,和3D结构光不同的是,TOF技术是发射的不是散斑,而是面光源,所以在一定距离内,TOF的光信息不会出现大量的衰减,同时TOF感光元件的单位像素非常大,为10μm,对于光的采集有足够的保障,理论上只要提高发射端的功率,TOF的使用距离会非常远。一般情况下,TOF的工作距离范围是0.4m-5m。因此整体上来看,TOF更适合用在后置摄像头上。

  为什么搭载TOF的终端还没有被量产?

  3D结构光和TOF都能记录深度信息为智能手机带来更多交互的可能性,为什么3D结构光已经有了普及的趋势,而TOF还没有量产的机型?

  无他,TOF的功耗是一个大问题。

  此前,TOF的解决方案里,用的图像传感器是CCD,功耗颇高,这对于电池续航本就捉襟见肘的手机不啻为一个大问题。

  好在,索尼在2017年12月推出的IMX456QL CMOS解决了功耗问题,其功耗仅为CCD方案的1/5-1/3。

  并且据索尼的说法,该传感器结合了两种像素技术,一是提高反射光信号读取精度的像素技术,二是背照式CMOS影像传感器的像素技术,从而大幅提升了光线收集率和测距速度。该传感器搭载了高感光度的驱动模式,即使远距离也可实现高精度测距。

  搭载TOF的手机终端即将与大家见面

  索尼IMX456QL传感器的资料提到,这款传感器样品到货时间是2018年4月,预计的批量到货时间是2018年11月。

  所以,首发TOF的手机要等到11月之后了?

  非也,OPPO已经于8月6日在北京召开了媒体沟通会,宣布OPPO下款主力产品将会用上采用了背照式CMOS方案的TOF技术。

  按照他们在发布会上所表示的“沟通会不展示DEMO,技术已经准备量产”的说法,搭载TOF的新机已经触手可及了。


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