對于3D感測技術,消費者或許有點陌生,但對于刷臉消費、刷臉解鎖這些“黑科技”,消費者卻一點都不陌生。視覺傳感設備讓萬物看到世界,而3D感測技術則讓萬物能像人一樣‘看清’世界。
3D感測通常由多個攝像頭+深度傳感器組成,通過投射特殊波段的主動式光源、計算光線發射和反射時間差等方式,3D感測可獲取物體的深度信息。3D感測技術實現了物體實時三維信息的采集,為后期的圖像分析提供了關鍵特征。智能設備能夠據根據3D感測復原現實三維世界,并實現后續的智能交互。
目前 3D 感測有三種實現方案:
(1)雙目立體成像(Stereo Vision):利用兩個攝像頭讓 2D 圖像加了深度,創造立體成像,類似人眼的原理。雙目方案歷史也比較早了,實際上它是原理最簡單,方案成本最低的一種。所有采集的深度信息都依靠攝像頭所采集的圖像來通過軟件算法得出,精度要求取決于捕捉分辨率。同時由于這種方案需要依靠算法分析圖像今兒得到深度信息,計算負荷最大、算法復雜性最高、實現難度大,識別的快速和同步性會有影響。另外它也會受到光線的影響,尤其是昏暗環境下,由于捕捉的對象特征無法明顯,所以會出現偏差。相較于TOF和結構光,雙目立體成像方案的成本高、算法難度大、計算負荷高、最終效果差。目前,雙目立體成像方案主要用在工業等專業領域,消費級領域還未普及。
(2)飛時測距(ToF,TIme of Flight),亦有人稱飛行時間法。TOF 3D超感應技術其工作原理是:發射器發出經調制的近紅外光,遇到人或物體后反射,傳感器在接收到紅外光信息后,計算紅外光線發射和反射的時間差,由于光速已知,進而算出物體的距離,從而形成立體視覺。TOF構建的立體圖像邊緣更清晰,細節更準確,且由于采集深度信息點更豐富,所以TOF 3D超感應技術相比較結構光方案有更為安全、精確的面部識別體驗,安全性能完整支持目前的移動支付需求。而該技術也不僅僅只可以用在手機上面,它也可以應用于3D拍照、3D試衣、MR體感游戲、3D打印等領域。
(3)3D 結構光(Structured Light):利用 LD 等打出不同的光源圖形,光接觸到物體后反射回來的會是形變或扭曲的光線圖形,再利用紅外光感測器,判斷該物體的立體結構。是蘋果 Face ID、OPPO FaceKey 采用的主要技術。其中結構光包括條紋結構光、編碼結構光和散斑結構光。結構光方案的優勢來自于技術誕生久,成熟度高,是iPhone X所的采用的典型方案。但是缺點是受到光照的影響大,室內外不同環境下識別效果無法完全保證,這也是結構光根本上的一大問題。
對比三種3D 感測技術對比中發現,TOF方案與結構光方案因其使用便捷、成本較低等優點而最具前景。但是結構光方案在精度方面超越了另外兩種方案,非常適合智能終端采用。
事實上,無論是結構光方案、TOF方案還是雙目立體成像方案,3D Sensing主要的硬件包括四部分:紅外光發射器(IR LD或Vcsel)、紅外光攝像頭(IR CIS或者其他光電二極管)、可見光攝像頭(Vis CIS)、圖像處理芯片,窄帶濾色片,另外結構光方案還需要在發射端添加光學棱鏡與光柵,雙目立體成像多一顆IR CIS等。
而在3D 感測產業鏈的上、中、下游中,上游部分包括:紅外傳感器、紅外激光光源、光學組件、光學鏡頭、CMOS圖像傳感器;中游包括:傳感器模組、攝像頭模組、光源代工、光源檢測、圖像算法;下游包括:終端廠商以及應用。
其中3D感測產業鏈關鍵部件在于:1、紅外線傳感器;2、紅外激光光源;3、光學組件。產業鏈相關紅外線傳感器的上市公司有STM、AMS、Heptagon、Infineon、TI、索尼、豪威等;產業鏈相關紅外激光光源的上市公司有Finisar、Lumentum、II-VI、光迅科技等;產業鏈相關光學組件的上市公司為福晶科技;而提供綜合技術方案的上市公司有STM、微軟、英特爾,德州儀器、英飛凌等。此外,3D攝像頭模組的上市公司有歐菲光;濾光片有水晶光電;攝像頭芯片封測有晶方科技;鏡頭有聯創電子。