来认识未来iPhone的飞行时间(ToF)镜头

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明年可能是ToF的真正应用年。
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1 个多月后苹果就要举办秋季新品发布会了,而人们的目光已经开始转向明年也就是 2020 年的 iPhone。最新传闻中描述的 2020 年 iPhone 可能会配备飞行时间(ToF)三维立体深度传感器以实现更好的增强现实功能,这点与苹果分析师 Ming-Chi 郭最新报告中预测的相似。4 n- w' c5 J5 }* Q8 h# L
这也不是我们第一次听说苹果考虑在 2020 年的手机上安装 ToF 摄像头,早在今年 1 月彭博社就曾报道过类似的消息,自 2017 年以来,就有报道称 iPhone 将会采用 3D 摄像系统的消息传出。而其他公司已经抢先苹果一步,市场上的几款手机已经配备了 ToF 摄像头。但考虑到苹果硬件的普及及其对行业的影响,有必要看看这种相机技术是什么以及它是如何工作的。
- l8 j  j0 W! M" S: Y1. 什么是 ToF 传感器,它是如何工作的?8 |7 y( n/ R) z! @# E
ToF(飞行时间)是一个包罗万象的术语,指的是一种技术,它可以测量某物(激光、光、液体或气体粒子)飞行一定距离所需的时间。具体地说,使用 ToF 传感器后,红外激光阵列被用来发出激光脉冲,激光脉冲从它前面的物体反射回来,再反射回传感器。这样通过计算激光到达目标并返回需要多长时间,就可以计算出它离传感器有多远。通过知道一个房间里所有不同物体的距离,你可以计算出这个房间和里面所有物体的详细 3D 方位图。
8 I% K$ S. k2 M$ y3 `这项技术通常用于无人机和自动驾驶汽车等设备的摄像头中,但最近,我们也开始在智能手机中看到这种技术。
, Z6 x6 Q: X$ l" ^2. 它与 Face ID 有什么不同?; X$ m1 L3 ?$ ]0 k7 F
人脸识别等其他类似的系统主要使用红外投影仪对数千个点组成的网格进行脉冲,然后手机会拍一张 2D 照片,并用它来计算深度地图。飞行时间传感器的工作方式不同:通过使用飞行时间数据来计算激光到达目标所需的时间,它获得的是实时的三维深度数据,而不是二维的数据。0 J1 u/ g8 @- h8 E$ C  [' W1 g+ y
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这带来了几个优势:由于基于激光的系统,它比苹果基于网格的人脸识别系统工作范围更广,后者只能在距离手机 10 到 20 英寸的地方工作——如果识别主体太远,网格上的点间距太大,无法提供有用的分辨率。理论上,ToF 能够提供更精确的数据。LG G8 就是一个很好的例子,它使用 ToF 传感器来实现动作感应手势,允许实时跟踪和识别每个手指,从而用隔空手势来完成部分操作。
3 O, c8 x4 ], e' w3. 为什么苹果想要使用它?
3 B& P  a1 b* L  {: }1 s  H郭老师和彭博社都表示,苹果打算在 2020 年的 iPhone 后置摄像头中加入 ToF 传感器,但并非取代现有的面部识别红外系统。在手机设计制造方面,将 ToF 布置在后置摄像头区域能更容易的放置主动光源,减少对手机空间的挤压。最关键的是,ToF 技术已经相对成熟,它的成本也比 3D 结构光更低。苹果今后的发展重点是让手机成为增强现实功能的最大平台,而 ToF 传感器可以跟踪物体的移动,允许未来的 iPhone 环视整个房间,为开发者和用户创建一个精确的 3D 渲染图。
; y- W! T# S1 S% ?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 P30 Pro 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。
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, `: m) O7 \" q+ C2 v$ V* I: ~4. 使用 ToF 的其他手机
4 ]4 g% G' F8 {! D- f) G: k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,LG G8S ThinQ 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。
0 Y+ i  U' K8 j华为的 P30 Pro 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,P30 Pro 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%。
- H1 B* k/ u2 [( t此外,OPPO R17 Pro,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。
# M3 j4 s2 J+ K9 W, W' Z& k今年早些时候,iPhone 等众多智能手机的成像传感器供应大厂索尼宣布,计划在今年夏天增加基于 3D 激光的 ToF 芯片的产量,这将是 2020 年推出 iPhone 的完美时机。, W& M) o  z$ C9 A9 ?. k; g8 D
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