一件蘋果（Apple）公司的新發(fā)明專利申請(qǐng)

據(jù)麥姆斯咨詢報(bào)道，美國(guó)專利商標(biāo)局（US Patent & Trademark Office）近日公開了一件蘋果（Apple）公司的新發(fā)明專利申請(qǐng)，該專利涉及一種采用間接飛行時(shí)間（iToF）技術(shù)的深度映射方法和裝置，該技術(shù)作為下一代人臉識(shí)別（Face ID）系統(tǒng)足夠強(qiáng)大，或?qū)?yīng)用擴(kuò)展至未來的蘋果iMac等設(shè)備。

在消費(fèi)電子領(lǐng)域，3D成像和傳感模組主要有三大類：立體視覺、結(jié)構(gòu)光和飛行時(shí)間（ToF）。不過，在智能手機(jī)上很難尋覓到立體視覺的身影，主要是結(jié)構(gòu)光和ToF的競(jìng)爭(zhēng)。結(jié)構(gòu)光和ToF都屬于主動(dòng)光探測(cè)方案，包括發(fā)射端和接收端兩部分。

3D成像和傳感模組及元器件示例（來源：麥姆斯咨詢）

迄今，iPhone的前置3D人臉識(shí)別系統(tǒng)一直采用結(jié)構(gòu)光方案。結(jié)構(gòu)光方案依靠視差關(guān)系和空間三角計(jì)算的原理，技術(shù)成熟，對(duì)于近距離物體，可以達(dá)到較高的測(cè)量精度。iPhone X及以后的新款蘋果手機(jī)用戶都了解，用戶在解鎖iPhone時(shí)，需要人臉距離手機(jī)較近才行。這樣的距離對(duì)于現(xiàn)在的蘋果電腦（iMac或MacBook）還不太適用，或許這是蘋果仍然選擇在新款MacBook Pro上繼續(xù)使用指紋識(shí)別方案（Touch-ID）的原因之一。

與結(jié)構(gòu)光技術(shù)不同，ToF方案通過測(cè)量光從發(fā)射到達(dá)物體表面再反射回來的時(shí)間，計(jì)算得到與被測(cè)物之間的距離。其中，iToF方案并不直接測(cè)量飛行時(shí)間，通常是將發(fā)射的光波調(diào)制成一定頻率的周期性信號(hào)，通過測(cè)量發(fā)射信號(hào)和該信號(hào)經(jīng)過被測(cè)物反射回來到達(dá)接收端時(shí)的相位差，間接計(jì)算出光的飛行時(shí)間，常見的方案有四步相移法和兩步相移法等。

ToF在消費(fèi)電子領(lǐng)域的應(yīng)用趨勢(shì)（來源：麥姆斯咨詢）

iToF方案帶來更遠(yuǎn)距離的人臉識(shí)別系統(tǒng)

蘋果公司的這件專利展示了一種能夠在iMac顯示器（以及其它筆記本電腦、智慧電視等）上應(yīng)用的人臉識(shí)別攝像頭，通過采用所謂的iToF系統(tǒng)，能夠在距離攝像頭更遠(yuǎn)的位置識(shí)別用戶。

此外，采用iToF方案的人臉識(shí)別攝像頭還可以用于增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)（AR/VR）等應(yīng)用。即使面對(duì)具有挑戰(zhàn)性的環(huán)境光照條件，采用iToF也可以通過脈沖調(diào)制提高短距離、中距離以及遠(yuǎn)距離的深度測(cè)量精度。

蘋果的這件發(fā)明專利涉及一種改進(jìn)的深度映射方法和裝置。

該發(fā)明專利覆蓋了一種用于光學(xué)傳感的裝置，包括一個(gè)照明組件，該照明組件將發(fā)射器的光束陣列指向目標(biāo)場(chǎng)景中的不同方向和相應(yīng)區(qū)域，同時(shí)采用具有共同載波頻率和不同相位角的載波來調(diào)制波束，以預(yù)定義的空間模式變化；以及一個(gè)檢測(cè)組件，包括傳感元件陣列和物鏡，接收從目標(biāo)場(chǎng)景反射的光輻射，響應(yīng)在一個(gè)或多個(gè)檢測(cè)間隔中入射到傳感元件上的光輻射，輸出相應(yīng)的信號(hào)。再利用處理電路處理傳感元件輸出的信號(hào)，以生成目標(biāo)場(chǎng)景的深度圖。

蘋果公司新公開發(fā)明專利的摘要附圖

上圖示意性地展示了該發(fā)明專利中深度映射裝置的實(shí)施例框圖。該裝置包括由處理電路控制的照明組件和檢測(cè)組件。在上圖的實(shí)施例中，照明和檢測(cè)組件共用相同的光軸，沒有視差；當(dāng)然，也可以采用其它光學(xué)配置。

照明組件包括光源陣列，例如合適的半導(dǎo)體發(fā)射器（半導(dǎo)體激光器或LED），用于向目標(biāo)場(chǎng)景中的不同點(diǎn)發(fā)射光束陣列。典型的如非可見的紅外輻射，但是可選地，也可以使用光譜中其他部分的輻射。光束通常由投影光學(xué)器件準(zhǔn)直，從而在目標(biāo)場(chǎng)景中形成穿過感興趣區(qū)域的光斑陣列。投影光學(xué)器件通常包括一個(gè)或多個(gè)折射元件，例如透鏡，并且可以另外包括一個(gè)或多個(gè)衍射光學(xué)元件（DOE），如下圖所示。

照明組件示意圖

當(dāng)然，考慮到這還僅是一項(xiàng)專利申請(qǐng)，目前還無法確定采用該技術(shù)的新產(chǎn)品的上市時(shí)間。