3D传感将成为智能手机标配？虽有争议但影响深远
2018-09-02 07:16:55 来源：麦姆斯咨询评论：0 点击：

据麦姆斯咨询报道，自从苹果在2017年9月推出iPhone X以来，业内观察人士对3D传感技术的看法就出现了分歧。3D传感真的会成为智能手机的标配功能吗？答案并非肯定的。如今，智能手机厂商的共识是目前还处于3D成像时代的早期阶段。

据麦姆斯咨询报道，自从苹果（Apple）在2017年9月推出iPhone X以来，业内观察人士对3D传感技术的看法就出现了分歧。3D传感真的会成为智能手机的标配功能吗？答案并非肯定的。如今，智能手机厂商的共识是目前还处于3D成像时代的早期阶段。

iPhone X原深感3D摄像头

业界对智能手机3D传感功能的看法大相径庭，声音从“何必搞得这么麻烦？”到“这是未来的必然趋势！”，褒贬各异。反对3D传感的理由种种，指纹识别派认为“屏下指纹识别就足够了”，智能手机摄影爱好者认为“数码摄影胜于3D摄像头”。部分人认为能与“iPhone X拥有成熟的3D传感技术”相抗衡的竞争对手缺乏是市场利益缺失的原因，而另一些人则不这么认为，更确切地说，这是因为“苹果一直领先于自己所处的时代”。

此外，由于智能手机厂商缺乏基于结构光解决方案的关键3D传感元器件供应链，比如垂直腔表面发射激光器（VCSEL），也是阻碍行业进展的原因。几位业内人士指出，苹果已经“封锁”了3D传感核心元器件公司。

中国3D传感势力来势汹汹

当然，与此同时，中国也加入了3D传感产业链的布局。

当中国的智能手机原始设备制造商（OEMs），包括小米、OPPO和vivo在过去的几个月里相继公布3D传感布局计划时，业内所持观点发生了积极的转变。5月底，小米宣布推出“全球首款支持3D人脸识别的安卓智能手机”——小米8探索版。

小米8探索版

今年6月，OPPO发布了一款6.42英寸AMOLED显示屏智能手机Find X。这款具有3D传感功能的手机被认为是小米8探索版的直接竞争对手，其售价约为750美元。

同月，vivo也表示将使用3D传感技术，用于人脸身份认证系统。与苹果的iPhone X不同，iPhone X的3D传感技术采用结构光方案，而vivo将采用飞行时间（ToF）技术来实现。

麦姆斯咨询也一直关注中国智能手机OEM与3D传感技术合作伙伴的互动。小米正在与以色列的Mantis Vision合作，采用其基于结构光方案的3D传感技术。OPPO已与奥比中光建立了合作伙伴关系，也使用结构光方案。vivo与PMD Technologies公司合作，采用ToF技术。不过，Yole分析师Cambou补充说，OPPO可能会与索尼合作。

两大手机阵营双双加注3D传感

Yole在今年发布的《3D成像和传感-2018版》中详细阐述了各种系统使用的技术、3D传感生态系统的关键参与者、3D成像和传感市场规模和预测。

Cambou是这份报告的分析师之一。他表示，“Yole对3D传感技术很有信心。”并指出，苹果的原深感摄像头选择了复杂的3D传感模块，成本高，部分解释了为什么安卓手机要花近8个月甚至更长的时间才能赶上苹果。

虽然在2017年，苹果的原深感技术就已经确立了前置3D摄像头的发展趋势，但Yole承认3D传感浪潮“就产量来讲，起点还比较保守”。

3D传感技术将应用于iPhone前置和后置摄像头吗？

关于苹果今年秋季将发布的新款iPhone是否也将配备前置3D摄像头，媒体的猜测众多。

iPhone X仅在前置摄像头中使用了3D传感技术。现在令人好奇的是，后置摄像头是否也会使用3D传感技术。

尽管Cambou对前置3D摄像头很有信心，但他对后置摄像头采用3D传感技术持怀疑态度。他指出VR和AR缺乏动力，并解释无论是AR还是VR游戏在市场上都还未得到证明。他怀疑后置3D摄像头可能仍然是“未来的利基功能”。

但苹果的3D传感供应商似乎不这么认为。Cambou承认，他们看好3D传感作为“通用人机接口”的前景。Cambou指出，STM（意法半导体）和ams（艾迈斯半导体）最近举行的季度财务电话会议显示，他们“几乎过于自信”，认为智能手机的前后摄像头都会采用3D传感。

那么有多少智能手机会配备3D摄像头？渗透率将达到多少？Yole预测，2017年的渗透率为1.4%，到2023年将增长至55%。

市场规模如何呢？Yole预测2017年3D传感（包括消费、汽车、医疗、商业、科学、国防和航空等领域）市场规模为20亿美元，将在2023年达到180亿美元。根据Cambou的解释，市场规模巨幅增长的贡献者是超出预期的“更高的平均销售价格（ASP）”和消费电子设备中的3D传感技术普及率不断增长。

事实上，Yole预测，在3D传感的所有细分市场中，消费类3D传感市场增长最为强劲，2017~2023年的复合年增长率为82%（2017年为3.75亿美元，2023年为138亿美元）。汽车细分市场的复合年增长率为35%（2017年为3.91亿美元，2023年为24亿美元）。

3D传感技术在情景感知领域的应用

显然，Apple采用3D传感技术后，Face ID（面部识别）替代了指纹识别。正如Yole所说，iPhone X中的3D传感应用程序已经实现了“轻松解锁”、“通过面部识别实现安全性”、“游戏”（如“阿凡达”）以及“变体”，包括在Facebook、Snapchat和Instagram的实时过滤器（AR，面部“移植”）。

如果你只考虑智能手机的3D传感应用，你可能会错过3D传感带来的巨大红利。

Cambou说：“思考下亚马逊的Echo如何改变人机交互接口？通过将语音连接到人工智能并将语音升级为主要用户界面。”同样，3D传感技术也可以用于生物特征识别，例如“万无一失”的人脸识别，3D传感技术也为人工智能打开了大门。

事实上，智能手机使3D传感变得家喻户晓。但3D传感不仅仅是智能手机的独有功能。Cambou告诫说，它具有深远的社会和政治影响。他提到微软总裁Brad Smith最近发布的一篇题为《面部识别技术：需要公共监管和企业责任》（Facial recognition technology: The need for public regulation and corporate responsibility）的博客。

在帖子中，Smith写道：

鉴于其广泛的社会影响和滥用可能性，对面部识别技术采用深思熟虑的政府监管似乎尤为重要。如果没有深思熟虑的方法，公众可能会依靠有缺陷或有偏差的技术方式来决定谁追踪、调查甚至逮捕犯罪。

3D传感的影响远远超过关于哪款智能手机带有3D功能或使用哪种3D传感技术的争论。

3D技术生态系统

从工程角度来看，最有趣的是不同移动设备中深度传感技术的展开。在即将到来的3D传感时代，全球3D传感生态系统中的不同参与者都在设计中争夺胜利。

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案。结构光解决方案通过将已知图案投影到目标物体上来进行3D扫描。当光线照射到物体上时，图案会产生畸变。结构光解决方案分析已知图案的畸变以获得深度信息。ToF解决方案通过调制光源照射场景，测量发射光和反射光之间的时差或相移并将其转换为距离。

虽然苹果选择结构光技术作为前置3D摄像头作为3D成像时代的起点，但Yole确信前置3D传感模块“未来可能会向ToF技术发展”。在Cambou看来，ToF技术“在阳光直射更可靠，对计算需求低”。

智能手机中的深度感知技术

智能手机中的深度感知技术（来源：《3D成像和传感-2018版》）

在上表中，Yole展示了三种不同的3D成像和传感技术，从立体视觉到结构光和ToF。其中，从技术角度上讲，最不成熟的是ToF。但参与ToF解决方案的厂商包括PMD、索尼、STM和英飞凌等主要参与者。参与结构光解决方案的主要厂商有Mantis Vision、ams、STM、英特尔、奇景光电和Namuga。可以看到，STM在两种技术领域都有布局。

Yole认为苹果不会很快从结构光转向ToF方向。Cambou认为苹果将在两到四年内推出新硬件。与此同时，他补充称，STM是iPhone X的结构光3D技术的主要贡献者，“正在推出基于ToF技术的3D传感技术。”

数码摄影 vs. 3D传感

今天苹果面临的窘境是对3D传感技术的重大赌注是否会因牺牲传统数码摄影质量而最终“伤害”自己。

Cambou说，华为正在对数码摄影进行大笔投资。在比较有源矩阵（用于传统摄影）的尺寸时，他计算出苹果仅投入52平方毫米，而三星则投入了91平方毫米，华为而高达112平方毫米。

接下来，在Yole的帮助下，我们梳理了3D传感生态系统关键厂商，尤其是3D传感软件和算法、3D传感系统设计公司。

3D传感软件和算法公司（按公司英文首字母排序）

1. Faceshift（已被苹果收购）

2015年底，苹果悄然抢走了Faceshift，这是一家诞生于瑞士洛桑联邦理工学院的创业公司。这家瑞士创业公司开发的技术能够实时捕捉和识别面部表情并转换成动物表情。

iPhone X上的3D动画表情Animoji

听起来有点耳熟？事实上，Faceshift的脸部追踪技术正是iPhone X的Animoji的基础。

2. Movidius（已被英特尔收购）

Movidius已被英特尔收购，今年早些时候推出了Myriad X视觉处理单元（VPU），被称为“业界首款带有专用神经计算引擎的系统级芯片，主要用于基于视觉设备的深度学习和人工智能算法加速”。

早在被收购之前，Movidius就开始从事3D传感工作。开发芯片最初用作3D渲染引擎，但与Google合作开发Tango时，Movidus在谷歌的先进技术和项目上就开始崭露头角。

谷歌推出的Project Tango

Project Tango的目标是使用计算机视觉，使移动设备能够在没有GPS或其他外部信号的情况下检测其相对于周围环境的3D位置。Project Tango项目中，Movidius提供了一种用于计算机视觉定位和运动跟踪的芯片。

Movidius的超低功耗视觉芯片成为移动设备3D传感的先驱，面向市场上已多年。在2010年初，大多数视觉处理平台，例如微软推出的最初版本Kinect中的PrimeSense芯片，比Movidius的视觉处理器功耗高很多。值得注意的是，PrimeSense于2013年底被苹果以3.6亿美元收购。

3. SoftKinetic（已被Sony Depthsensing Solution收购）

2015年10月，索尼宣布完成了对比利时公司SoftKinetic的收购，该公司开发了包括类似微软Kinect深度相机、CMOS深度芯片以及手势追踪中间件在内的一系列3D传感计算机视觉技术。

据悉，索尼已于去年底将SoftKinetics更名为Sony Depthsensing Solution，种种迹象表明，这家日本巨头正积极地成为3D CMOS ToF传感器和摄像头的关键厂商。

索尼最新的娱乐机器人Aibo采用了DepthSense技术和手势识别软件

据索尼称，SoftKinetic通过开发CMOS 3D传感器、3D摄像头参考设计、SDK（Software Development Kit，软件开发工具包）、算法以及用于手势识别、目标扫描、汽车控制和AR/VR等的应用，一直致力于提供3D传感和处理方面的先进解决方案。

现由该团队开发的DepthSense相机模块和软件已经被应用到索尼最新的娱乐机器人Aibo。

4. Inuitive

Intuitive公司位于以色列，是一家专注于3D成像的无晶圆厂芯片公司。

去年秋天，该公司推出了一款多核视觉处理器NU4000，支持3D成像、深度学习和计算机视觉处理，能够用于AR/VR、无人机、机器人等各类高科技应用。

该公司称，其最新处理器将实现“高质量的深度传感、片上SLAM（同步定位与地图构建）、计算机视觉和深度学习（CNN）等功能，而这些功能都集中在这款具有精巧外形和最低功耗的处理器中。”

3D传感系统设计公司（按公司英文首字母排序）

1. 立普思（LIPS）

LIPSedge M3是一款专为嵌入式系统设计的多功能ToF深度摄像头

LIPSedge M3是一款专为嵌入式系统设计的多功能ToF深度摄像头，可生成实时3D数据。

台湾立普思（LIPS）成立于2013年，是3D深度摄像头和3D整体解决方案领域的领导者，拥有摄像头设计和软件算法的专利。

LIPS业务涉及设计、构建和制造3D深度摄像头，同时还创建了识别中间件和解决方案等技术，以满足OEM的各种应用，包括机器人真空吸尘器、AR/VR、家用机器人、ADAS（高级辅助驾驶系统）和工厂自动化等。

2. Mantis Vision

以色列公司Mantis Vision定位为3D视觉的关键推手，其技术为“编码结构光技术”，描绘了美好的未来：让消费者可以在智能手机上拍摄3D照片或使用平板电脑扫描物体，然后将其发送到3D打印机。

Mantis Vision编码结构光技术

Mantis Vision图案使用一种独特的程序编码（详见专利号US8208719），与标准方法相比，能在更小的面积上识别更多的特征点。该公司声称，这种独特的技术可以提供更高的分辨率和精度，以识别更小尺寸的物体

在宣布与小米的合作关系时，Mantis Vision首席执行官Gur Arie Bittan指出，他的团队克服了许多挑战，通过利用其自有专利推出了市场上最具成本效益的3D结构光摄像头模组。

他指出，Mantis Vision能够将缩小光学堆栈，尺寸从厘米降低到毫米，并采用当时的新兴技术VCSEL，满足OEM的功耗要求，符合人眼安全法规。他表示，Mantis Vision还能够打造一款摄像头支架模块，可与现有RGB摄像头同步，为量产校准做定义和准备，以及创建可在Arm Core上运行的有效译码模式的算法和管道。

3. 奥比中光（Orbbec）

深圳奥比中光是一家知名的3D传感技术高科技企业，创始人黄源浩毕业于北京大学，后在美国麻省理工学院SMART中心获得博士学位。他以激光散斑干涉、数字散斑相关、射弹结构光和计算机视觉等方面的研究而闻名。自2001年以来，他一直致力于研究和开发3D扫描技术。

据奥比中光表示，该公司“过去三年来一直在努力实现3D传感”——完善了该公司的Astra 3D摄像头系列，并设计了带有内置完备计算机功能的Persee 3D摄像头。

Astra Mini有两个版本。短程版Astra Mini S支持的跟踪范围为0.35~1米，另一款Astra Mini远程摄像头范围为0.6~5米