安卓陣營國產結構光方案上市在即 手機後置TOF方案呼之欲出

作為AI手機之眼的3D攝像頭/視覺模塊，目前正備受關注和熱捧。

3D視覺模塊的加持為手機大大加分：人臉識別、手勢與肢體識別、3D美顏/拍照美化、3D建模、豐富的AR應用……AI功能為主、3D視覺為輔的設計趨勢，將是2018年下半安卓陣營品牌手機廠商的新共識。

領跑安卓陣營，國內3D攝像頭模組已做好量產準備

安卓陣營手機總體出貨總量大大高於蘋果,在安卓陣營全面跟進iPhone X新增3D攝像頭功能的趨勢下，有望引爆新一波的3D視覺模塊需求成長，類似指紋傳感器在消費類電子上井噴式爆發的場景或將再次出現。

國內包括三安光電、乾照光電、華芯半導體、光迅科技、微奧科技、勵德微系統、創微電子、舜宇光學、華捷艾米、奧比中光等等上下游企業紛紛導入新技術、布局3D攝像頭，整個產業鏈正在緊鑼密鼓的積極跟進。

「在蘋果的帶動下，3D視覺打開消費級市場，行業進入加速趨勢。

」華捷艾米聯合執行副總裁周曉軍說道，「3D領域之前遇到的問題主要是供應商少，或者是有些技術實現了，量產卻出現問題。

但值得高興的是，從去年下半年開始，國內相關廠商已經慢慢跟進，因此行業對供應鏈的未來也就比較有信心了，預計今年國內供應鏈將會達到相對穩定成熟的狀態。

」

「毫無疑問，蘋果作為全球手機產業的引領者，將帶動安卓陣營全面跟進手機3D視覺技術。

」奧比中光副總裁陳摯博士同樣看好3D攝像頭在安卓市場的進展。

「預計在2018年Q4季度TOP手機廠商推出的大於3000元的旗艦機都會加載3D攝像頭模塊。

」他說道。

調研數據預測，隨著今年下半年具備3D視覺功能的安卓手機陸續出貨，到2019年將有1.5億部手機採用3D傳感攝像頭，到2020年，將有超過3億部手機採用3D傳感攝像頭，甚至滲透到千元機型，也意味著到2020年，3D傳感攝像頭在手機中將得到普及。

陳摯透露，奧比中光的手機3D傳感攝像頭方案也經做好量產準備，今年下半年就會有搭載奧比中光3D攝像頭方案的國產旗艦手機上市。

得益於與聯發科的合作（2016年聯發科入股奧比中光，其平台參考設計與奧比中光的3D傳感技術的完整適配），在全年iPhone X發布兩個月之後，奧比中光便將模組送樣至聯發科及國內TOP 3的手機廠商，由此，奧比中光也成為我國第一個送樣手機前置3D攝像頭的廠商，也是目前繼蘋果、微軟、英特爾之後全球第四家可以量產消費級 3D結構光深度攝像傳感器的廠商。

前不久，OPPO在深圳舉行媒體溝通會正式公布了其基於結構光的3D視覺技術的進展，據OPPO介紹，相比傳統的2D面部識別，OPPO的3D結構光技術可更好的應用於安全支付、三圍重建、AR、遊戲等眾多場景，其3D人臉識別已經具備量產條件，預計在未來6個月內推出相應終端產品。

雖然並未說出採用哪家的方案，不過不少業內人士推測，此款手機就是採用了奧比中光的模塊。

華捷艾米應用於手機中的3D視覺技術亦取得了實質性的進展，據了解，該公司的晶片小型化方案已經完成了手機RGB-D實驗性方案，正在進行批量化生產技術研發，手機3D傳感晶片預計5月份可實現量產，手機3D Camera模組，則將在Q3季度量產。

此外安卓陣營中，高通和奇景Himax其實早在去年下半年就宣布了3D感測技術方案的合作。

由高通提供算法技術，奇景提供模組。

之前有消息顯示，高通與奇景的這款3D感測模組有望將在今年上半年量產，不過至今尚未有確切消息公布。

隨著奧比中光和華捷艾米量產方案的推出，給安卓陣營手機廠商進入3D視覺領域帶來加速動力，同時也打破了之前一些華爾街分析師的預言：安卓手機廠商可能無法在2019年——即iPhone X發布後大約兩年——之前大規模部署3D感應技術。

性能與蘋果接近，國內結構光技術比拼

3D攝像頭工作原理簡單來說首先是雷射投影模組投射紅外散斑場到物體上，然後IR CMOS模組採集黑白pattern，送入ASIC晶片中進行深度計算，最後晶片輸出深度視頻流信息，傳輸到手機中進行處理。

而其中的技術環節包括了光學系統設計、視覺測量算法設計、FPGA原型開發、ASIC設計、嵌入式開發、驅動開發、以及SDK開發，三維重建計算機視覺、機器學習算法研究以及雲端應用算法研發等。

「上述環節我們均為自主研發。

我們不光是提供硬體上的光學模組，包括算法，SDK我們也能提供有力的支持。

」陳摯說到。

目前奧比中光已推出的3D傳感攝像頭包括Astra 、Astra Mini、Astra P等，均為散斑結構光技術。

其中Astra P是專為手機研發發前置攝像頭3D視覺模組，參數如表1所示。

陳摯表示：「Astra P和蘋果iPhone X相比，不僅在精度、抗強光方面，在功耗、解析度、幀速、體積方面也與iPhone X十分接近。

目前已經實現3D人臉解鎖、支付、AR表情、拍照優化等功能，可以快速的集成到手機中進行應用。

」

華捷艾米手機3D攝像頭模組量產時間比奧比中光稍稍延遲，對合作廠商也沒有透露，不過公開了部分3D攝像頭參數，如表1所示。

模組採用的是該公司自主設計的3D ASCII計算晶片，尺寸大小5mm*5mm，功耗僅為100-150mW。

該司官方宣傳，其3D攝像頭採用最適合手機的高精度結構光，擁有可有Iphone X相媲美的低功耗、低延遲、抗變形、抗干擾、支持遠近距離等性能優勢；搭配的自研算法，可實現支付級人臉識別、手勢識別、3D測量、環境感知、3D建圖等功能。

由於關鍵組件VCSEL技術門檻高，擁有量產能力的供應商仍相當有限，而且VCSEL主要供應商Lumentum與蘋果之間存在專利協議，使得安卓陣營供應商有時不得舍VCSEL而選擇其他替代技術，華捷艾米則選擇了DFB。

「因為VCSEL設計到蘋果專利問題，涉及範圍非常廣，任何一家公司都繞不過去，而且VCSEL做不到遠距離。

我們採用DFB的可用於手機終端的小型化模組可以做到測距範圍4米（後置），而且可以在穩定的在4米範圍測出全身骨架。

」周曉軍解釋到。

華捷艾米在3D視覺的戰略規划上更趨向於結合AR應用以實現技術落地。

「蘋果的3D攝像頭主要是Face ID，還有一些輔助照相和簡單的AR應用，但是這些功能到底夠不夠？到底3D攝像頭能有哪些用處？我認為目前人臉識別，體感交互是3D突破的關鍵點，同時AR也是極有潛力的應用領域。

」周曉軍說到，「那麼到底在體感交互、AR應用等方面要做到什麼程度呢？目前在整個業界來說是比較模糊，包括蘋果也沒有推出合適的AR應用，僅僅是去年的WWDC上推出ARkit，但也只是一個2D SLAM算法的展示，還沒有達到3D SLAM的程度。

」

眾所周知AR可以為用戶提供真實與虛擬疊加的全新體驗，前景非常令人期待。

依託於3D攝像頭能提供普通攝像頭無法比擬的景深信息和建模能力，可以想像，隨著3D視覺在手機應用上的成熟，手機AR也將獲得突飛猛進的發展。

基於這些考慮，華捷艾米將手機3D/AR方案作為重點推進項目，除今年5月量產一款3D傳感晶片外，還開發了集成了ISP、DSP內核、視覺處理加速器，並整合華捷艾米最核心的V-SLAM、骨架跟蹤、人臉&手勢識別、遠場語音識別等技術的AR/AI晶片，計劃於10月實現量產。

有了3D攝像頭和AR/AI晶片的加持，手機上實現各種各樣複雜的AR應用成為可能。

後置ToF方案明年將至？蘋果和安卓陣營或將同步推出

目前可以應用在智慧型手機端的3D感測技術除了結構光，還有「飛行時間」（Time of Flight）。

結構光優勢在於方案成熟，相機可以做的比較小，方便小型化，在一定方位內精度高，解析度更高，成本、功耗適中，主要缺點是易受環境光干擾，識別距離短。

ToF技術具有響應時間更快，受環境光干擾小，深度信息精確度高、識別距離遠等優勢，但是其也有成本高、功耗高、精度低等劣勢。

因其技術特點的不同，兩種方案將是各有市場的態勢。

業內普遍認為，如果只是用於智慧型手機的前置3D感測系統，進行人臉識別/解鎖和人臉建模等，結構光技術應該是要比ToF技術更有優勢；作為後置感測應用，如 AR、導航和3D掃描建模等，ToF的技術則更有優勢。

「對前置來說，從各個技術性能上來說是最適合做前置攝像的。

但是後置攝像頭需要更加遠距離的測量、更高精度的重建，更大範圍的檢測，其他技術如雙目、ToF都有機會。

」陳摯說到。

不過，上海炬佑智能科技有限公司CEO劉洋則認為，ToF基本上是後置的唯一選擇，因為後置需要做動態3D和遠距3D檢測，這個只有ToF最適合。

ToF方案的主要優勢是動態3D感知，監控和成像，特別是能克服和解決現有雙色及結構光對色彩識別率，測試距離，模組製成的精確度，模組尺寸和周圍環境等的劣勢和局限。

而且，ToF作為前置並非不可能，隨著ToF技術的進一步發展，ToF作為前置也將是必然的，當然前提是需要把晶片尺寸做得更小。

「就2018手機3D市場而言，前置3D攝像頭主要還是以結構光為主，尤其是以蘋果結構光為主力；而在安卓市場會有小量旗艦機配置3D前置攝像頭；不過真正起量預計是在2019年，會有比較成熟的可以大量生產的方案在市面上推行。

」台灣伊賽爾首席分析師王上堬分析到，「除了結構光方案外，還有就是ToF方案，挾帶著低成本優勢，如果ToF可以解決目前解析度較低，模組較大的困境的話，他的低價優勢可以說在安卓市場上更具爆髮式的成長。

預測蘋果在2019會在產品中設置一個後置3D相機，安卓陣營應該在2019或2020年也會相應推出後置3D方案。

」

劉洋對此表示認同：「隨著產業鏈的努力，我們也預期ToF會很快在安卓手機上應用起來，不會與蘋果有多大時間差距。

目前我們也與多家業界領先的手機公司在做緊密溝通，期待在產品的小型化和性能上滿足手機的需求，特別是手機的後置上。

量產方案預計在明年。

」

據了解，目前炬佑除了開發了包括100*100,240*100,240*200,320*240解析度的系列ToF傳感晶片，並將推出VGA和百萬像素產品，同時還開發了智能3D控制晶片和智能發光發射晶片。

智能3D控制晶片是集成了基本深度處理和多項動態感知算法，並有自適應學習的人工智慧架構等高度算法等；智能發光晶片則包括高效發光碟機動，發光控制和發光保護，及與ToF傳感器和控制晶片有機結合的控制系統。

該公司同時也布局了模組，平台，算法及應用的開發，與多家國內外業界領先企業有緊密合作。

目前國內自主開發ToF傳感器的廠家不多，特別是可以出樣和量產的應該還沒有。

劉洋指出，國內廠商開發ToF傳感晶片的難點和挑戰主要在於工藝的調控開發、專利的約束、系統整合等。

具體來說，在工藝調控中需要對工藝做細緻的工藝參數的調節，並不能直接利用現有的工藝；專利方面，大多數相關專利已經被現有廠商控制，很難繞過；系統整合方面，需要整合光學，模組，系統和算法等多個領域的資源，並且需要與相關行業和企業緊密合作。

而在手機端應用，更是重點面臨著兩大挑戰：尺寸和功耗。

從技術方面看，劉洋認為：「除了要解決像素尺寸和功耗過大問題，還有系統動態控制和模組矯正方法優化等技術難點。

具體而言，系統動態控制就是動態控制傳感，信號處理和發光部分。

模組矯正方法優化是模組精度矯正的算法優化，採取優化算法使模組矯正的精度和效率更高。

」

另外就硬體成本而言，後置ToF時間光3D攝像頭由於在硬體方面比結構光方面簡單，因此成本略低，預計2018年成本約為10美元，預計到2020年硬體成本將變為6美元左右。

有內人人士指出，ToF成本問題個中關鍵就是在光子探測陣列上，如主流技術所採用的SPAD（Single-Photon Avalanche Diode）陣列。

不過炬佑科技另闢蹊徑，「我們ToF模組的結構是脈衝式的，與傳統的相位和SPAD相比具有低功耗，高性能，性價比高和易於動態控制等諸多優勢。

」劉洋表示，雖具體價格和尺寸並未透露，不過預計可以做到10美元以內，尺寸會在10mm2以內。

結語

智慧型手機經過過去幾年的性能競賽，在硬體方面的比拼已經趨向同質化，難以再博取更多的目光，從而導致智慧型手機的銷量增速也逐年放緩甚至停滯。

接下來手機廠商想要在市場中搶占更大的市場份額，必將押注於功能性創新技術。

蘋果作為智慧型手機行業一直以來的風向標，歷次搭載了突破性創新功能的機型都成為了其他手機廠商模仿的對象，可以預見3D攝像頭必將成為下一代智慧型手機標配，同時在電視、VR/AR、機器人、無人駕駛等多個領域也將有廣大應用空間。

目前在3D視覺產業鏈上布局的國內公司在快速增加，無論是有一定實力的成熟企業還是有自己技術特性的初創型企業，都在積極進行技術積累、與上下游企業深度合作，探索3D視覺未來發展可能性。

雖說在領域國外布局的企業很多，巨頭也很多,但是目前3D視覺技術的賽場上，比賽剛剛開始，還沒有決出勝負，國產3D結構光方案即將上市，相信ToF也會緊隨而來，國內市場如此巨大，國內企業因地制宜，或許也能領跑3D市場，充分暢享3D視覺行業爆發的盛宴。