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列王的紛争-深度傳感器已被巨頭瓜分?

origin: http://mt.sohu.com/20170325/n484729546.shtml

我們常常說蘋果富可敵國。但是你這麼說其實是在侮辱蘋果。蘋果可比美國政府有錢多了。根據最新消息,美國政府賬上的現金,隻有340億美元。還不到庫克掌管下的蘋果的零頭。庫克手上可是有着2460億美元的巨款。也就是說,庫克大叔擡擡眼角,都可能造成一個行業的興衰。最近庫克大叔在清華大學談到AR技術的發展時,表示對這項技術非常感興趣,并且他已經翻了深度傳感器這項技術的牌子。今年秋季應該就會随着iPhone8 上市了。一向擅長将技術概念進行推廣的蘋果公司,是不是又将引爆手機AR領域或許還是個未知數,但至少已經引爆了深度傳感器領域。

  Depth sensor is the new sexy

  不過蘋果并不是第一個吃螃蟹的人,在3D深度傳感器的硬軟體方面,各路大神早已經有所動作。微軟擁有深度傳感器Kinect;蘋果收購了深度傳感器PrimeSense,并且收購了FaceShift和 Metaio這兩項軟體技術;索尼收購了利時傳感器技術公司Softkinetic Systems SA;谷歌收購了Lumedyne Technologies,掌握了光學加速度計、振動能量采集器、基于時域相應的慣性傳感器等傳感技術;Facebook收購了Oculus平台,并在軟體上收購Surreal Vision,在室内三維重建領域處于領先的位置。

  掃盲班

  此外,國内廠商也正在積極跟進這一領域。

  首先簡單說一下3D成像是什麼

  目前的手機攝像頭光學更新一直停留在像素、感光等二維層面,不具備像人眼這樣的3D空間識别能力,攝像頭看到的世界是一個平面。這樣一來手機AR就得嚴重依賴于GPS地圖定位和特定的物品圖案。然而當配備了深度傳感器之後,就給了裝置感覺空間的能力,就能利用攝像頭捕捉動作、實作深度傳感。這在AR的人機互動上扮演着至關重要的角色。

  今年各大手機廠商将緻力于推出具有3D感覺能力的旗艦手機,除了已經發貨的聯想 Phab pro 2,三星,華為,等都有傳聞在進行着帶3D深度傳感器的手機的開發。實作3D成像手機領域的商用。

  技術方面已經有相當多的介紹了,比如紅外線TOF,結構光(Structured Light),TOF。今天我們主要介紹,在這個大手機AR時代開啟前,各方勢力的暗流湧動。

  列王的紛争

  微軟Kinect

  微軟恐怕是在3D成像領域深耕最久的企業了,早在2009年微軟就公布了該技術,代号為"Project Natal"。因為旗下遊戲主機XBOX有支援體感遊戲功能的必要,為了對人體動作進行捕捉和成像,微軟開始了相關研究。到目前為止Kinect技術已經相對比較成熟。

列王的紛争-深度傳感器已被巨頭瓜分?

  第一代Kinect系統的攝像頭,采用PrimeSense(之後2013被蘋果收購)的結構光技術。通過CMOS紅外傳感器感覺周圍環境,利用離散光斑。将這樣的一維或二維的圖像投影至被測物上,根據圖像的大小畸變,就能判斷被測物的表面形狀即深度資訊。在微軟Kinect的體 感識别與動作捕捉過程中,Kinect的三個攝像頭極為關鍵,一個彩色攝像頭提供了彩色圖像;兩個紅外攝像頭通過發射/接收紅外線,來提供深度資料。圖案大緻是這樣:

列王的紛争-深度傳感器已被巨頭瓜分?

  第二代Kinect運用的是TOF方案:發射一個強度随時間周期變化的正弦信号,通過獲得發射、接受信号的相位差來計算深度,進而獲得較高的精度。但是随之而來的問題是體積很大難以縮小,計算量大,功耗大。這兩種共有的問題是會受帶有紅外線的光源幹擾。

  攝像頭是體感識别的重要載體,微軟的互動方案是3D深度識别的典型代表。據消息稱微軟或将釋出手機“Surface Phone”,微軟的手機會不會趁着這波AR潮流,裝配自家技術成熟的3D成像技術呢?這個猜測實作的可能性很大。

列王的紛争-深度傳感器已被巨頭瓜分?

  蘋果PrimeSense

  2013 年蘋果公司以3.45億美元的價格收購了以色列傳感器公司 PrimeSense。這項收購是蘋果公司史上最大手筆的收購之一。上文中提到了,Kinect一代中應用過的結構光技術就出自Primesense,早在2010年PrimeSense就和微軟有過合作研究,對這一領域也是輕車熟路。

  2012 年,PrimeSense 推出了當時世界上體積最小的 3D 傳感器 Capri,其分辨率是前代産品的 3 倍,而體型僅為前代的十分之一,環境光的檢測性能則是前代的 50 倍。自從收購 PrimeSense 後,蘋果一直在推動 PrimeSense 的 3D 體感控制器向小型化發展,不出所料的是,其小型化的終極目标之一是将之用到 iPhone 上,提供更好的人機互動。結構光雖然在體感遊戲的精度方面不如TOF方案,但是好在結構光功耗相對較低,短距離精度較高,比TOF器件能做的更小。

  除了硬體,在軟體方面蘋果還收購了Metaio,該公司是一家2003年由大衆的一個項目衍生出來的一家虛拟現實初創公司,專門從事增強現實和機器視覺解決方案。Metaio的Metaio Creator讓使用者使用iPad等現有的裝置能夠獲得沉浸式互動體驗。

  谷歌Project Tango

  Tango在谷歌已存在4年時間,2013年初谷歌的ATAP(先進科技與計劃)團隊就已開始着手相關的研發。Project Tango的技術主要是利用傳感器和攝像頭對室内進行3D模組化,除此之外還能有更多方面的的應用比如繪制3D地圖,為盲人導航等。

  在手機3D成像應用領域谷歌也是走在最前列的,早在2014年2月,Project Tango的原型機就已經亮相。其3D感覺基于Primesense的結構光方案,但是由于種種技術限制導緻系統的尺寸、重量和散熱都無法做到一個真正的手機中去。

  第二代手機就是跟聯想一起釋出的Phab2 Pro智能手機,Tango部分的整體構架棄用結構光,采用了英飛淩的REAL3?傳感器。第一次采用了TOF深層檢測技術,在整體的功耗、整機尺寸和Tango Core上都做了深度的優化。這款6.4英寸的平闆手機擁有三顆攝像頭,包括一顆魚眼鏡頭和一顆紅外傳感器,進而實作大量的增強現實應用。

  索尼Softkinetic Systems SA

  2015年10月9日,索尼宣布收購Softkinetic Systems SA,這家公司成立于2007年,是一家專注通過圖像傳感器呈現3D視覺效果的技術公司。該公司擁有成熟的TOF技術,可通過圖形傳感器測量與一個指定物體之間的距離。

  Softkinetic Systems SA擁有全世界最小帶精細化手勢識别功能的 3D深度攝像頭,除了手機外索尼也會将3D深度感覺技術應用于體感遊戲中。

  英特爾RealSense

  RealSense 3D是一套感覺計算解決方案,包括世界上最小的3D攝像頭,子產品比兩個硬币摞起來還薄,除了硬體外,英特爾還将提供驅動及軟體等全套開發工具,開發者可以自由開發應用。Real Sense 3D配有深度傳感器和全1080p彩色鏡頭,能夠精确識别手勢動作、面部特征、前景和背景,進而讓裝置了解人的動作和情感。

  雖然英特爾沒有做手機的計劃,但是通過收購Movidus,他們已經有了和谷歌Project Tango在手機深度傳感器方面的合作經驗。并且他們還投資了Occipital。原理上和微軟的 Kinect類似,但是不同于Kinect 的全身骨骼跟蹤,realsense 更注重近距離的臉部、手部跟蹤。

  目前來看其特性是體積小,功能簡單,但是精度也相對較差。

  至此,比較有名的3D傳感器公司已經被巨頭們搶購得差不多了。

  國内廠商

  奧比中光,圖漾還有樂行天下是國内少數在進行深度傳感器研發的公司。2015年7月,奧比中光自主研發的3D晶片流片成功量産。這也使得奧比中光成為國内不多的已經開始同類裝置量産的高新技術企業。但目前國内廠商的産品仍然體積較大,能夠用于手機的現成産品似乎還沒有看到

  傳感器技術的研究需要比較長時間的投入,一款傳感器的研發,要6年-8年才能成熟,一般中國企業都承受不了這麼長的周期。中國企業更難以承受失敗,而傳感器的研究失敗的風險很高。是以沒有雄厚财力支撐,沒有科研人員長期投入在3D傳感器方面是很難有所作為的。目前國内廠商大都抱着直接引進國外先進技術的想法,故而在技術研發上面沒有更多進展。

  總結

  科技界的大佬們已經在手機3D成像領域做好了行軍的準備。聯想Phab2 Pro已經釋出了手機。今年即将釋出的iPhone 8似乎也吹響了其他手機巨頭進軍混戰的号角。而目前任然保持獨立的深度傳感器公司似乎卻已稱為了稀缺資源。可以預見的是,手機AR時代即将到來。