ToF还有一个好处就是可以为人像模式的图片提供更好的深度感和立体感(华为已经在P30Pro上实现了这一点),由于自带红外光源,暗光环境下同样可获得准确的景深信息,还有相比3D结构光更远的识别距离,ToF自然成了手机对焦辅助的不二之选。在充当广域激光对焦角色的同时,也有着更丰富的景深信息,从而带来更好人像模式体验。
4.使用ToF的其他手机
从成本方面考虑,增加ToF镜头,显然比提升算法或是采用新型技术来得更加容易,因此一些厂商已经在他们的设备上运用了这项技术,如前所述,LGG8SThinQ的前置摄像头中就搭载了这种黑科技,可实现隔空动作手势,并且让人像拍摄更为立体。
华为的P30Pro采用了一颗ToF景深镜头来捕捉画面的深度信息,根据官方介绍,P30Pro可以测量真实物体的高度、深度、体积和面积,精确度超过98.5%。
此外,OPPOR17Pro,荣耀V20等也已经用上了ToF摄像头。不得不说,ToF给智能手机带来更多玩法,不仅仅惠及拍照的人像虚化,荣耀V20上的3D体感游戏就是利用手机上的ToF镜头进行实时动作捕捉,可玩性还是很高的。
这一次,我们来谈谈,新款iPhone上那颗新增的摄像头。
同为三摄,新款iPhone所采用的方案却和华为有着很大不同。从iPhone7Plus开始,iPhone一直采用广角+长焦的双摄方案。而新款iPhone在保留该方案基础上,增加了一颗TOF深感摄像头。
TOF摄像头VS.3D结构光
与之相对的,是目前多家厂商在面部识别上所采用的3D结构光技术,iPhoneX、OPPOFindX都是采用了3D结构光方案。与TOF不同,3D结构光通过利用点阵投影仪向外投射多个光斑到被测物体,以红外摄像头拍摄被测物体的三维光图像,再经由处理系统计算物体深度信息。
我们通过下图来具体对比一下TOF和3D结构光之间的能力差异。
TOF摄像头,不只是拍照的利好
都说“因地制宜,方可物尽其用”。TOF虽然在识别精度上与结构光存在差距,但把它用在后置摄像头上,其优势却补上了后置摄像头对深度信息测算无力的短板。
在人像拍摄上,我们追求接近单反的“焦内锐利如锋,焦外虚如奶油”,但一直以来双摄+算法抠图呈现出来的效果并不尽人意。在一些场景下,我们伸出的五指被虚化了三根,凸起的发丝直接被抹去,这些都是硬件不够,算法不优造成的伤。
TOF摄像头的加入,后摄模组能够通过快速、远距离获取较双摄精度更高的景深信息,从而完成较结构光更大范围的3D建模。因此,在人像模式下,拥有TOF镜头的手机在虚化效果上会更加真实,富有层次。而从成本方面考虑,增加TOF摄像头,显然比提升算法或是采用新型技术来得更加容易。
而当前,普及AR应用的挡路石并非应用本身,而是精度不足的数据。印象很深刻的一次,隔壁桌同事第一次使用iOS11上的「测距仪」,对着600毫升的可乐长度,屏幕上显示的数值比一罐500毫升的可乐还小。即便用了「据说准确度更高的FancyAR尺子」,还是存在存在不能容忍的误差。这也就导致了AR应用还处于一个「可玩而不实用」的尴尬境地。TOF摄像头的加入,提高数据精度,也就提高了软件的可用性。用户愿意使用,自然也刺激了软件开发者的注意力和投入力度。换句话来说,硬件跟上了,软件也就不愁卖了。
三种方案中,DFS方案对于屏幕和指纹识别模组的整合程度要求较高,可能带来高成本等问题,目前方案仍处于试验阶段,存在不确定性。与之相比,光学方案和超声方案相对成熟,其中光学方案兼容OLED软硬屏,相对适用于软屏的超声波方案应用范围更广,预计将在一定将期间内成为屏下指纹方案的主流。
光学指纹识别方案的产业链主要分为算法及芯片(核心领域)、CMOS(将光信号转化为电信号)、Lens(主要是微透镜阵列)、滤光片以及产品封装。
3D光学识别方案的技术路径则主要分为结构光方案(前置识别)和TOF(后置/动态场景)。
3Dsensing成趋势,ToF应用前景广阔
3Dsensing是智能手机创新的趋势之一,当前正加速向中低端手机渗透。目前实现3Dsensing共有三种技术,分别为双目立体成像、结构光和ToF,目前已经比较成熟的方案是结构光和TOF。其中结构光方案最为成熟,已经大规模应用于工业3D视觉,TOF则凭借自身优势成为在移动端较被好的方案。
3D结构光最早应用于苹果旗舰iPhoneX,结构光理为通过近红外激光器向物体投射具有一定结构特征的光线,再由专门的红外摄像头进行采集获取物体的三维结构,再通过运算对息进行深入处理成像。该技术目前共有编码结构光和散斑结构光两种实现类别。结构光技术仅需一次成像就可得到深度息,具备低能耗、高成像分辨率的优势,能够在安全性上实现较高保证,因此被广泛应用于人脸识别和人脸支付等场景。但结构光技术识别距离较短,大约在0.2米到1.2米之间,这将其应用局限在了手机前臵摄像,主要用于3D人脸识别屏幕解锁、人脸支付及3D建模等。
双目立体成像理较为简单,即利用双摄像头拍摄物体,再通过三角形理计算物体距离,合成立体图像。其具有高3D成像分辨率、高精度、高抗强光干扰的优势,同时能保持较低成本水平。但由于需要通过大量的CPU/ASIC演算取得它的深度和幅度息,其算法极为复杂较难实现,同时该技术易受环境因素干扰,对环境光照强度比较敏感,且比较依赖图像本身的特征,因而拍摄暗光场景时表现差。由于以上因,双目立体成像技术在手机上较少应用。
结构光技术和ToF各有优势,在移动端的应用上具有互补的特性,但不可否认的是,ToF的多场景应用呈现出了更为广阔的发展前景。iPhoneX对3D结构光的应用带动了这项技术的发展和渗透,目前相较于ToF,结构光技术在应用上更为成熟,出货量上明显占优。而且结构光的扫描效果更为真实,具备更强的3D还能力。但遗憾的是,作用距离的劣势限制了其应用。ToF技术弥补了距离上的缺陷,由于能够支持更远的作用距离,ToF技术可以被应用于包含3D人脸识别、3D建模以及手势识别、体感游戏、AR/VR在内的更多场景中,从而为智能手机更娱乐性和实用性的体验。此外,相比结构光技术,ToF的模组复杂度低,堆叠简单,可以做到非常小巧且坚固耐用,在屏占比不断提高的外观趋势下,更得到手机厂商的青睐。
TOF模组应用于手机前摄,可以实现人脸解锁、支付、Animoji表情等应用。TOF应用于手机后摄,可实现vSLAM、AR等领域的应用,如AR拍照、AR游戏、测距、虚拟购物、虚拟试衣、室内定位与导航等。
随着相对低成本、更简单的TOF3D超感应技术的推出,2019年这项技术有望在高端、中端Android手机上得到应用。
Digitimes预计2019年使用TOF3D传感器技术的智能手机出货量将达到2000万台。
如果说三摄持续渗透,四摄搭载率提升将成为明年手机摄像头的趋势,那么随着5G时代的普及,TOF快速上量或将成为明年摄像头市场的有一大发展趋势。
明年手机摄像头的搭载率较2019年还将进一步提升,其中提升幅度最为明显的是四摄和后置3D摄像头。
5G时代正向我们走来,而如果说明年后置3D摄像头搭载率提升,那么这也就意味着手机TOF的用量将大幅度提升。
2020年TOF或大火
3D摄像头作为三维世界信息采集的入口,可以结合5G实现手机端AR应用,有望在5G手机时代普及。
目前3D摄像头主要有结构光和TOF和双目三种3D方案。其中结构光近距离精度高主要应用智能手机至手机人脸识别、解锁支付等领域;双目被应用于安防、智能货柜等领域;TOF被应用于智能手机后置拍照、人脸识别、解锁支付、VR、AR、汽车电子、安防监控以及扫地机、门锁、新零售等多个领域。
虽然说作为前置3D摄像头,TOF近距离精度不及3D结构光,但是,近两年随着TOF技术的提升以及成本的下降,并且5G可能带来的爆款AR内容,终端厂商在2019年逐渐重视起3D摄像头在智能手机中的地位。
截止目前,华为、OV、三星等厂商均推出后置TOF的机型。其中,三星S105G版、华为Mate30Pro前后也均采用了TOF方案。有意思的是,除了安卓阵营外,又一位手机行业大咖明年或将加入至这一阵营中。
预期3款新2020iPhone均配备前置FaceID,有2款新机型会配备后置ToF。同时,部分华为的高端机型采用前后ToF。预测华为在2019与2020年配备前后ToF手机出货量分别为约1200万与2700万部。
“大咖”的加入或意味着TOF应用领域更为成熟,而一位业内人士透露,从目前的情况来看,明年后置3D摄像头的增长率将会显著增加,安卓阵营TOF后置摄像头将快速上量。
明年摄像头红利依旧
除了TOF上量外,明年摄像头的发展空间依然庞大。
有业内人士曾表示,有调研机构预测,2020年迎来5G换机周期,手机销量有望转暖。
其实,5G所带来的除了是手机换机周期,销量有望转暖外,它还给打开了智能物联网时代的大门。
业内人士均了解,摄像头是智能手机的核心器件,在智能手机及物联网中其扮演者重要的作用。
而据业内人士预测,在手机端,明年受益于多摄的持续渗透,摄像头的用量还将进一步增加。
当然,若真如此,那么在5G销量有望转暖3DTOF上量及摄像头搭载率提升的情况下,明年摄像头红利依然存在。
同时,除了智能手机这一领域外,其实摄像头的应用范围正在不断扩大,可以明显的察觉到,受物联网的快速发展,摄像头供应商们在原有的摄像头市场中也开拓出了又一重要业务板块。
由此可见,除了智能手机这一领域外,物联网时代下的摄像头凭借着自己独有的特性,在越来越多的领域扮演着自己的角色。
从去年到今年,TOF技术开始逐渐受到厂商的青睐,采用TOF的产品也越来越多。诚然,在大多数应用场景中,TOF给消费者的印象更多是锦上添花,而非必不可少。但技术的进步以及产品的发展,加上厂商的差异化需求,都让TOF技术有了些用武之地。越来越多的厂商开始采用1DTOF技术,便很明显的表露出,如今已是爆发前奏。而技术要求更高的3DTOF,或将在以后与AR技术一同爆发,值得期待TOF在未来的表现。