OPPO似乎是要搶先在華為、小米之前推出基于3D感測技術(shù)的智能手機(jī)了

去年9月13日，蘋果推出了擁有多項(xiàng)重大升級(jí)的iPhone X，除了異形切割的“劉海屏“之外，最為引人關(guān)注的還是其首次搭載了基于結(jié)構(gòu)光技術(shù)的3D sensing模組，實(shí)現(xiàn)了3D人臉識(shí)別，并以Face ID徹底取代了Touch ID指紋識(shí)別。由此也徹底引爆了3D感測市場。

國產(chǎn)手機(jī)廠商也紛紛對(duì)于iPhone X掀起了一股“學(xué)習(xí)”熱潮。雖然現(xiàn)在包括華為在內(nèi)的眾多國產(chǎn)手機(jī)廠商都紛紛推出了與iPhone X類似的劉海屏，而且也有非常多的手機(jī)廠商推出了支持人臉識(shí)別的手機(jī)，但是基本都是基于2D/2.5D感測技術(shù)的，而到目前為止還沒有任何一家國產(chǎn)手機(jī)廠商有推出真正支持3D感測的智能手機(jī)。不過，華為、小米、OPPO等廠商都在積極的推動(dòng)。

此前凱基證券分析師郭明池也曾表示，蘋果的3D感測技術(shù)已經(jīng)領(lǐng)先安卓陣營至少一年。另外，今年年初，郭明池還透露安卓陣營中，華為將第一個(gè)用上類似蘋果的3D結(jié)構(gòu)光模組，時(shí)間點(diǎn)要等到2019年。

不過，令人意外的是，OPPO似乎是要搶先在華為、小米之前推出基于3D感測技術(shù)的智能手機(jī)。

OPPO公布3D感測進(jìn)展

2018年5月10日，OPPO在深圳舉行“5G&3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)媒體溝通會(huì)”，正式公布了其基于結(jié)構(gòu)光的3D感測技術(shù)的進(jìn)展。

在本次媒體溝通會(huì)上，OPPO介紹了其在3D結(jié)構(gòu)光+5G的應(yīng)用方面的探索。

相比傳統(tǒng)的2D面部識(shí)別，OPPO的3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)可更好的應(yīng)用于安全支付、三圍重建、AR、游戲等眾多場景。

OPPO表示，特別是在對(duì)于安全性要求較高的支付領(lǐng)域，其3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)可基于深度學(xué)習(xí)的人臉智能識(shí)別算法能快速從輸入的人臉紅外特征信息與深度信息中提取個(gè)人的安全識(shí)別特征。安全特征具有10000+維度信息，可以保證達(dá)到百萬分之一的精度，算法將此安全信息與錄入時(shí)安全信息進(jìn)行匹配決定是否安全認(rèn)證通過。

在用戶比較關(guān)注的美顏方面，通過3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)還可實(shí)現(xiàn)3D美顏。通過結(jié)構(gòu)光深度相機(jī)將3D人像還原出來，然后基于高精度的3D人臉信息進(jìn)行更細(xì)致的磨皮、美白、大眼、瘦臉，使得人像更加立體自然。

此外，利用3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)還可以對(duì)人臉進(jìn)行更精確的3D重建，并模擬影棚燈光進(jìn)行3D補(bǔ)光渲染，可以拍出更出色的照片，后期處理也有更多的空間。

在3D結(jié)構(gòu)光+5G的應(yīng)用方面，OPPO認(rèn)為3D視頻通話是一個(gè)比較好的場景，由于3D視頻流數(shù)據(jù)量較高，所以與5G網(wǎng)絡(luò)是非常好的搭配。

另外，在3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)還可以帶來3D AR、3D游戲等更豐富的體驗(yàn)。

在溝通會(huì)現(xiàn)場，OPPO 也演示了3款DEMO，分別包括5G下載速率，3D生物識(shí)別，以及3D視頻建模。

現(xiàn)場展示的3D人臉識(shí)別的DEMO，識(shí)別解鎖速度非?？?。

據(jù)OPPO介紹，其3D人臉識(shí)別已經(jīng)具備量產(chǎn)條件，預(yù)計(jì)在未來6個(gè)月內(nèi)推出相應(yīng)終端產(chǎn)品。

為什么都選擇3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)？

目前，可以應(yīng)用在智能手機(jī)端的3D感測技術(shù)主要有有“飛行時(shí)間”（Time of Flight）和“結(jié)構(gòu)光”（Structured Light）兩大類。

飛行時(shí)間與結(jié)構(gòu)光技術(shù)原理

所謂飛行時(shí)間技術(shù)，就是傳感器發(fā)出經(jīng)調(diào)制的近紅外光，遇物體后反射，隨后傳感器通過計(jì)算光線發(fā)射和反射時(shí)間差或相位差來換算被拍攝景物的距離，以產(chǎn)生深度信息；此外再結(jié)合傳統(tǒng)的相機(jī)拍攝，從而將物體的三維輪廓以不同顏色代表不同距離的地形圖方式呈現(xiàn)出來。此前被聯(lián)想和谷歌極為重視的Project Tango手機(jī)使用的就是 ToF 技術(shù)。

“結(jié)構(gòu)光”（Structured Light），就是將近紅外激光器發(fā)出的光柵或線光源等投射到被測物上，再由近紅外攝像頭采集返回的信號(hào)，根據(jù)物體產(chǎn)生的光信號(hào)的變化來計(jì)算出被測物的三維信息。這其中近紅外激光發(fā)射器和近紅外攝像頭之間的距離則為三角測距的基線。

由于兩種技術(shù)都是采用的紅外光，所以即使在夜間也能夠使用。

從上面這張對(duì)比圖上我們可以看到，TOF技術(shù)具有響應(yīng)時(shí)間更快，低光下表現(xiàn)良好，強(qiáng)光下表現(xiàn)尚可，深度信息精確度高、識(shí)別距離遠(yuǎn)等優(yōu)勢，但是其也有著分辨率底、成本高、功耗高的劣勢。

而結(jié)構(gòu)光優(yōu)勢則在于低光下表現(xiàn)良好，分辨率更高，成本、功耗適中，主要缺點(diǎn)是易受陽光影響，識(shí)別距離短，相應(yīng)時(shí)間稍慢的缺點(diǎn)。

但是如果只是用于智能手機(jī)的前置3D感測系統(tǒng)，進(jìn)行人臉識(shí)別/解鎖 和人臉建模等，結(jié)構(gòu)光技術(shù)應(yīng)該是要比TOF技術(shù)更有優(yōu)勢。

因?yàn)橥ㄟ^智能手機(jī)的前置3D系統(tǒng)來進(jìn)行面部識(shí)別這種應(yīng)用場景本身識(shí)別的距離就很近，所以不存在需要支持更遠(yuǎn)的識(shí)別距離的問題。另外結(jié)構(gòu)光相比TOF技術(shù)，短距離的精度更高，也更適合用在手機(jī)前置攝像頭上。而且其分辨率、相應(yīng)時(shí)間已經(jīng)足以應(yīng)對(duì)手機(jī)端面部識(shí)別的需求（采用TOF技術(shù)的Project Tango手機(jī)是后置3D系統(tǒng)，其作用也不是主要用于面部識(shí)別/解鎖）。

另外，就兩種技術(shù)所產(chǎn)生的深度圖來看，TOF深度圖會(huì)存在多重反射產(chǎn)生的噪音、邊緣精細(xì)度過低、時(shí)域?yàn)V波導(dǎo)致滯后等問題。而結(jié)構(gòu)光的深度圖則只有邊界線清晰度略低的問題。

最后，由于是用在智能手機(jī)這樣的消費(fèi)類移動(dòng)設(shè)備上，所以成本、功耗也都是需要考慮的因素。

所以總的來說，如果是手機(jī)前置3D面部識(shí)別系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)光技術(shù)相比TOF技術(shù)更具優(yōu)勢。這也是為何蘋果、OPPO、華為、小米等廠商都選擇3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)的主要原因。

3D結(jié)構(gòu)光模組的關(guān)鍵器件

3D結(jié)構(gòu)光模組當(dāng)中的結(jié)構(gòu)光發(fā)射器（即iPhone X上的Dotprojector）是整個(gè)模組當(dāng)中最為核心的關(guān)鍵器件。

而結(jié)構(gòu)光發(fā)射器當(dāng)中又包含了光學(xué)衍射元件（DOE）、準(zhǔn)直鏡頭（WLO）和VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直共振腔表面放射激光）等關(guān)鍵元器件。

準(zhǔn)直鏡頭（WLO）是利用光的折射原理，將波瓣較寬的衍射圖案校準(zhǔn)匯聚為窄波瓣的近似平行光。光學(xué)衍射元件（DOE）是利用光的衍射原理，將點(diǎn)光源轉(zhuǎn)換為散斑圖案。

結(jié)構(gòu)光發(fā)射器原理就是VCSEL發(fā)出940nm點(diǎn)激光之后，通過WLO準(zhǔn)直鏡頭校準(zhǔn)為線性激光，然后線性激光照射在DOE上發(fā)生衍射，形成近千個(gè)具備調(diào)制信息的光斑。這其中VCSEL可以說是最為核心的關(guān)鍵器件。iPhoneX中就使用了三顆VCSEL芯片。

目前，具有VCSEL芯片設(shè)計(jì)能力的公司，全球只有少數(shù)幾家，例如Lumentum、Finisar、Princeton Optronics（已被ams艾邁斯半導(dǎo)體收購）、Heptagon、ⅡⅥ等公司，并且大都是從光通信芯片領(lǐng)域，轉(zhuǎn)型到消費(fèi)電子市場的。

根據(jù)資料顯示，目前Lumentum是iPhone X的VCSEL芯片的主要供應(yīng)商，而Finisar是第二大供應(yīng)商，艾邁斯半導(dǎo)體則是第三家供應(yīng)商。

雖然國內(nèi)廠商在VCSEL這塊起步相對(duì)較晚，目前光通信芯片企業(yè)光訊科技和華芯半導(dǎo)體都已具備了VCSEL芯片量產(chǎn)能力，華工科技的子公司華工正源也很有潛力，但目前這幾家公司的主要精力還是放在光通信領(lǐng)域。另外，三安光電在2016年也切入了VCSEL產(chǎn)業(yè)。國內(nèi)初創(chuàng)企業(yè)縱慧光電也正在開發(fā)并批量試產(chǎn)VCSEL。但是，到目前為止，國內(nèi)尚無一家擁有針對(duì)移動(dòng)端3D感測市場的VCSEL芯片量產(chǎn)能力的企業(yè)。

在VCSEL設(shè)計(jì)和芯片代工方面，***廠商也具有一定的優(yōu)勢。比如在上游方面，全新、聯(lián)亞與光環(huán)科技都積淀了十五年的外延與芯片技術(shù)，LED大廠晶電也早做了布局。芯片制造方面，Lumentum的代工訂單是交給了穩(wěn)懋，宏捷科技則拿下了Princeton Optronics的代工訂單。封裝方面，***也累積了長久的精密封裝實(shí)力，目前聯(lián)鈞、華信、華星、光環(huán)、矽品與同欣都是有實(shí)力可以達(dá)到世界大廠要求的封裝技術(shù)。此外，長期專注VCSEL技術(shù)與產(chǎn)品的公司華立捷，更是具有上中下游垂直整合的實(shí)力，也是目前在VCSEL模組上可以跟國際大廠競爭的公司。

最后需要補(bǔ)充的是，ams近年來通過自主研發(fā)以及一些列的收購，目前已經(jīng)擁有了包括VCSEL、WLO、DOE等關(guān)鍵器件在內(nèi)的全套的光學(xué)傳感器解決方案（而且還有TOF的方案）。ams也是蘋果iPhone X的WLO 鏡頭主要供應(yīng)商。

3D感測模組供應(yīng)商

介紹完了核心器件，我們再來介紹一下3D感測模組的主要供應(yīng)商，由于廠商較多，所以下面我們就主要介紹幾家能夠提供手機(jī)端/移動(dòng)端3D感測模組的廠商。

1、LG Innotek

眾所周知，蘋果iPhone X的3D感測模組主要是由LG旗下的電子零部件制造商LG Innotek供應(yīng)的。根據(jù)LG Innotek的審計(jì)報(bào)告顯示，其2017年的銷售額中的37.6億美元是來自向蘋果公司供應(yīng)提供基板材料和光學(xué)解決方案，占其2017年銷售總額71.9億美元的一半以上(52.5%)，而2016年蘋果的銷售額的占比僅36.9%。

2、高通+Himax：小米7或?qū)⑹装l(fā)采用

去年下半年，高通宣布其下一代驍龍處理器（預(yù)計(jì)今年12月公布）將支持紅外3D感知技術(shù)，并且聯(lián)合Himax（奇景光電）推出了三款基于Qualcomm Spectra ISP技術(shù)的攝像頭模塊項(xiàng)目，其中就一款是就是基于結(jié)構(gòu)光3D感測技術(shù)的攝像頭模組。由高通提供算法技術(shù)，奇景提供模組。

高通與奇景的這款3D感測模組則采用的是與iPhone X類似的結(jié)構(gòu)光技術(shù)，由紅外發(fā)光器、紅外攝像頭以及一個(gè)RGB 攝像頭（據(jù)說有1600萬像素、2000萬像素兩個(gè)版本）組成。通過紅外發(fā)光器發(fā)射出一束光，形成光斑，再通過IR 攝像頭讀取該圖案，并對(duì)點(diǎn)狀圖在物體上發(fā)生的扭曲、以及點(diǎn)與點(diǎn)之間的距離進(jìn)行計(jì)算，再加上RGB圖像，結(jié)合起來就構(gòu)成了一個(gè)3D模型。

根據(jù)最新的消息顯示，高通與奇景的這款3D感測模組有望將在今年上半年量產(chǎn)。此外，高通似乎還與信利也進(jìn)行了合作。而傳聞中的小米7或?qū)⑹装l(fā)搭載。但是有消息稱，因高通的軟件調(diào)適進(jìn)度落后，臉部識(shí)別成功率偏低，小米搭載3D臉部識(shí)別功能的機(jī)型可能將延至第三季推出。這個(gè)進(jìn)度要比OPPO更快。

所以，從時(shí)間上來看，如果一切順利的話，小米將會(huì)在第三季度推出搭載3D感測的手機(jī)，成為首家商用3D感測技術(shù)的國產(chǎn)智能手機(jī)廠商。

另外需要指出的是，雖然高通+奇景的3D感測方案是目前安卓陣營當(dāng)中相對(duì)更為成熟的方案（其內(nèi)部的DOE/WLO等多個(gè)核心器件都是基于奇景的自有技術(shù)），但是受限于需要采用高通的驍龍845芯片或者更新一代的芯片，所以三星、華為等廠商的旗艦手機(jī)可能不會(huì)直接采用，而是更為傾向于開發(fā)自己的3D算法。去年年底，華為榮耀還推出了一款外接式3D感測模組——點(diǎn)云深度攝像頭，該模組由舜宇供應(yīng)。

3、奧比中光：OPPO或?qū)⑹装l(fā)采用

奧比中光是國內(nèi)比較知名的一家3D感測模組廠商，他們從從2015年便開始研發(fā)3D結(jié)構(gòu)光的手機(jī)方案，去年就推出了針對(duì)智能手機(jī)的前置3D人臉識(shí)別結(jié)構(gòu)光攝像頭模組方案——AstraP。

奧比中光Astra P模組 芯智訊拍攝于2017年高交會(huì)現(xiàn)場

資料顯示，奧比中光的Astra P的IR尺寸為7.4*7.4*4.8mm，LDM尺寸為5.1*5.1*4.55mm，深度范圍:0.2—1.5m，深度圖像分辨率可達(dá)1280×800@30fps、640×400@90fps、320×200@120fps，精度可達(dá)0.7m：±1-3mm，深度FOV D78°，支持Android和Win10系統(tǒng)，模組功耗小于0.5w。

從奧比中光近期公布的與蘋果iPhone X的3D感測對(duì)比結(jié)果來看，奧比中光的3D感測模組已經(jīng)達(dá)到了接近iPhone X的水平。

據(jù)芯智訊的了解，此次OPPO發(fā)布的3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)就是采用的奧比中光的方案。也就是說，OPPO即將推出的搭載3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)的智能手機(jī)采用的就是奧比中光的Astra P模組。另外需要補(bǔ)充的是，奧比中光主要是提供模組，算法則是來自于第三方。

4、舜宇

作為國內(nèi)手機(jī)鏡頭的最大供應(yīng)商，舜宇在光學(xué)領(lǐng)域擁有非常強(qiáng)的技術(shù)實(shí)力。根據(jù)韓國媒體《etnews》的報(bào)導(dǎo)，韓國三星Galaxy S9的前置攝像頭就采用了舜宇所生產(chǎn)的光學(xué)鏡頭，這也是中國的光學(xué)廠商首次打入三星高端智能手機(jī)的供應(yīng)鏈。

去年11月，舜宇就與蘋果iPhone X的3D傳感器供應(yīng)商之一的ams（艾邁斯半導(dǎo)體）公司達(dá)成合作，雙方將結(jié)合各自在光學(xué)傳感和成像領(lǐng)域的技術(shù)優(yōu)勢，為移動(dòng)設(shè)備和汽車應(yīng)用聯(lián)合開發(fā)并市場化3D結(jié)構(gòu)光傳感攝像頭解決方案。正如我們前面所介紹的，ams擁有全套的光學(xué)傳感器解決方案。

另外，今年年初，舜宇子公司寧波舜宇光電信息有限公司還宣布與3D感測技術(shù)廠商pmd technologies（以下簡稱pmd）達(dá)成合作，將聯(lián)合為中國及全球的移動(dòng)設(shè)備OEM廠商，開發(fā)并市場化3D傳感攝像頭解決方案。

需要指出的是，pmd是全球唯一將深度傳感器成功植入手機(jī)的ToF技術(shù)提供商（全球首款配備3D攝像頭的聯(lián)想Phab 2 Pro采用的就是pmd的技術(shù)）。在今年的CES2018展會(huì)上，首次展示了其最新的3D圖像傳感器IRS238XC，同時(shí)展示了基于此傳感器的全球最小3D攝像頭模組，尺寸僅為12 mm x 8 mm，它將使TOF深度傳感3D攝像頭變得更加易于集成。

對(duì)于雙方的合作，pmd將提供3D圖像傳感器（主要是IRS238XC），以及專有技術(shù)實(shí)現(xiàn)成本優(yōu)化、堅(jiān)實(shí)且高性能的3D攝像頭設(shè)計(jì)，包括校準(zhǔn)和軟件專有技術(shù)，舜宇則將提供在3D攝像頭模組規(guī)模量產(chǎn)方面的專有技術(shù)，實(shí)現(xiàn)更經(jīng)濟(jì)、更快速、更穩(wěn)定的產(chǎn)品制造。

顯然通過與ams和pmd的合作，舜宇將擁有TOF及結(jié)構(gòu)光兩種技術(shù)的3D攝像頭模組的供應(yīng)能力。

去年11月底，華為榮耀推出了一款外掛式3D結(jié)構(gòu)光配件——點(diǎn)云深度攝像頭就是基于舜宇的3D結(jié)構(gòu)光模組。舜宇提供了包括光學(xué)設(shè)計(jì)、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、ID設(shè)計(jì)、圖像處理等嵌入式軟件系統(tǒng)開發(fā)在內(nèi)的一整套解決方案，其內(nèi)部代號(hào)為Jupiter X。

雖然華為榮耀和舜宇都并未詳細(xì)介紹這款點(diǎn)云深度攝像頭的結(jié)構(gòu)，不過根據(jù)現(xiàn)有的資料可以看出，其采用了與蘋果iPhone X的3D感測模組類似的結(jié)構(gòu)。其點(diǎn)陣發(fā)射器可以發(fā)射出30萬的散板點(diǎn)陣，可以支持3D人臉建模和3D人臉識(shí)別。在400ms內(nèi)即可完成3D人臉識(shí)別，3D建模只需10秒，建模精度可以達(dá)到亞毫米級(jí)。

不過需要強(qiáng)調(diào)的是，從目前公開的消息來看，舜宇似乎還無法提可以集成在智能手機(jī)內(nèi)部3D結(jié)構(gòu)光模組。

5、華捷艾米

華捷艾米也是比較知名的3D感測技術(shù)廠商。公司的主要產(chǎn)品有：3D結(jié)構(gòu)光，包括雙目結(jié)構(gòu)光硬件方案；AR/AI算法； AR/AI芯片。

資料顯示，華捷艾米的1180 3D感應(yīng)芯片可以實(shí)時(shí)處理 3D 測量和圖像深度，并已經(jīng)開始量產(chǎn)。同時(shí)，華捷艾米的RGB-D光學(xué)模組已經(jīng)開始量產(chǎn)，能夠與機(jī)頂盒、機(jī)器人和游戲機(jī)等設(shè)備實(shí)現(xiàn)模組型開發(fā)。近期海爾推出的一款機(jī)器人就采用了華捷艾米的3D感測模組。

華捷艾米還針對(duì)智能手機(jī)推出了小型化的模組，目前正在進(jìn)行批量化生產(chǎn)技術(shù)研發(fā)。

據(jù)說在與iPhone X的對(duì)比測試中，華捷艾米也做到了與之相近的效果。

另外，華捷艾米的SDK 支持安卓、Linux、Windows 和 Unity3D 平臺(tái)。它可以識(shí)別手勢、重組物體和進(jìn)行 3D 建模。運(yùn)動(dòng)感應(yīng)設(shè)備采用先進(jìn)和骨架技術(shù)，適用于大眾市場的商業(yè)設(shè)備。

小結(jié)：

除了以上介紹的廠商之外，還有很多的3D感測方案供應(yīng)商，比如英特爾也有3D感測模組realsense 3D，國內(nèi)的還有未動(dòng)科技、圖漾科技等，但是目前這些廠商的產(chǎn)品都無法應(yīng)用于智能手機(jī)平臺(tái)。

終端廠商方面，從目前的情況來看，華為、小米、OPPO都在積極的推動(dòng)3D感測在自家智能手機(jī)當(dāng)中的應(yīng)用，從時(shí)間進(jìn)度上來看，選擇采用高通和奇景方案的小米，以及采用奧比中光方案的OPPO可能會(huì)更快一些。相比之下，另一家手機(jī)大廠vivo則更多的下注于屏下指紋，并且旗下已經(jīng)有兩款手機(jī)成功商用。而其他的手機(jī)廠商目前可能還是處于觀望狀態(tài)，到底是選擇跟進(jìn)屏下指紋還是3D感測還有待市場進(jìn)一步反饋。