三維(3D)技術(shù)是一項重大的科學突破。
這是一種深度感應(yīng)技術(shù),可增強相機的面部和物體識別能力。捕獲現(xiàn)實世界對象的長度,寬度和高度的過程比使用多種不同技術(shù)所能實現(xiàn)的更加清晰和深入。3D技術(shù)在感知和處理日?;顒臃矫嫣峁┝霜毺氐倪M步。
3D真正改變了游戲規(guī)則,因為制造商爭先恐后地將3D傳感技術(shù)融入到諸如手機之類的消費產(chǎn)品中。
北京時間2020年10月14日凌晨,蘋果正式發(fā)布了iPhone 12系列四款機型,跟之前爆料的一樣,iPhone 12 Pro和iPhone 12 Pro Max都加入了此前iPad Pro曾率先采用的基于dToF技術(shù)的激光雷達掃描儀,這也意味著蘋果在ToF技術(shù)應(yīng)用上的進一步加碼,而此舉或?qū)⒓铀僖麄€ToF市場。
3D傳感技術(shù)使用光學技術(shù)模仿人類視覺系統(tǒng),從而促進了增強現(xiàn)實,人工智能(人工智能)和物聯(lián)網(wǎng)(IoT)的出現(xiàn)和集成。這在消費者應(yīng)用中創(chuàng)造了獨特的機會。
推動3D傳感進步的關(guān)鍵技術(shù)
3D傳感的發(fā)展與實現(xiàn)需要開發(fā)高質(zhì)量傳感器和高效算法。例如,垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)正在取代LED或邊緣發(fā)射激光二極管,成為3D傳感的主流光源技術(shù),因為它們簡單、光譜窄、溫度穩(wěn)定。
許多推動3D傳感進步的關(guān)鍵技術(shù)都有其優(yōu)點和缺點。立體視覺、結(jié)構(gòu)光模式和飛行時間是3D傳感的三種技術(shù)。這三種技術(shù)都有其共同的用例和各自的優(yōu)勢。
●立體視覺
立體視覺技術(shù)的結(jié)構(gòu)來源于人眼捕捉任何圖像的方式。兩個攝像頭被放置在稍微偏移的位置(就像人眼一樣)。然后,利用軟件將兩幅捕捉到的圖像合并成一張圖片。不同的攝像頭位置所產(chǎn)生的微小差異,就形成了立體,即3D畫面。
在輔助立體視覺中,部署了一個激光投影模塊,它在物體或場景上投射出圓點,幫助攝像機更容易聚焦。捕捉到的圖像經(jīng)過處理后,會呈現(xiàn)出深度效果。
例如,安裝在門口等處用于監(jiān)控人員行動的子彈攝像機就采用了這種技術(shù)。美國FLIR Systems公司生產(chǎn)的立體視覺攝像機系統(tǒng)就采用立體視覺技術(shù)。
●結(jié)構(gòu)化光型
結(jié)構(gòu)化光型3D傳感的工作原理是:先由線、方塊(周期性結(jié)構(gòu))或點組成的光圖案通過激光投影模塊投射到物體或場景上,再通過反射光形成一個扭曲的圖案。然后,來自目標的反射光被安裝在投影模塊上的三角形攝像機捕捉,再通過投影模塊和攝像機之間的三角測量實現(xiàn)的圖案變形有助于獲取物體或場景的三維坐標。
最常見的例子是iPhone X中使用的真深度攝像頭,這種技術(shù)的前置攝像頭增加了一個紅外發(fā)射器,可以將超過3萬個已知圖案的點投射到用戶的臉上。然后,這些點會被專門的紅外相機拍攝下來進行分析,從而將分析后的圖像用于訪問手機。
●飛行時間(ToF)
3D ToF直接由投影模塊發(fā)射短光閃光,再由攝像模塊捕捉,并與系統(tǒng)集成。計算出光從發(fā)射器到物體再到相機所需的時間,然后用坐標對數(shù)據(jù)進行處理,生成三維圖像。
在某些情況下,相位差被用來計算被檢測物體的深度和運動。光源在整個工作溫度范圍內(nèi)的波長穩(wěn)定性對保持跟蹤精度至關(guān)重要,因為通常在接收路徑中應(yīng)用濾波器以最小化接收信號中的噪聲。
飛行時間相機傳感器可用于物體掃描、測量距離、室內(nèi)導航、避障、手勢識別、跟蹤物體、測量體積、反應(yīng)式高度計、3D攝影和增強現(xiàn)實游戲等。
3D傳感技術(shù)的應(yīng)用
在過去的10年里,消費電子市場經(jīng)歷了3D深度感應(yīng)技術(shù)的緩慢應(yīng)用。該技術(shù)的首次商業(yè)應(yīng)用是在游戲領(lǐng)域。
隨著發(fā)展,3D深度感應(yīng)技術(shù)在3D成像和檢測領(lǐng)域的適用性有所擴大。移動設(shè)備能夠以三維而非二維的方式捕捉圖片,這也是促使三維傳感技術(shù)應(yīng)用性不斷增強的關(guān)鍵因素之一。
與3D傳感相比,虹膜掃描是一種更簡單的技術(shù),它在視頻圖像上使用數(shù)學模式識別技術(shù)。它可以讓攝像模塊掃描你的眼睛,將虹膜與文件上的圖像進行對比,并以類似過去指紋的方式確認用戶的身份。虹膜掃描技術(shù)應(yīng)用于門禁控制、汽車安全和移動支付等場景中,三星Galaxy S9和S9+就嵌入了虹膜掃描技術(shù)。
而由于對虛擬化解決方案的需求不斷增加,3D傳感技術(shù)在機器人行業(yè)的適用性已經(jīng)擴大。這項技術(shù)越來越多地應(yīng)用于消費類、汽車、無人機和工業(yè)應(yīng)用。
1、消費性電子產(chǎn)品的應(yīng)用