去年9月13日，蘋果推出了擁有多項重大升級的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，實現(xiàn)了3D人臉識別，并以Face ID徹底取代了Touch ID指紋識別。由此也徹底引爆了3D感測市場。

國產(chǎn)手機廠商也紛紛對于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廠商推出了支持人臉識別的手機，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)手機廠商有推出真正支持3D感測的智能手機。不過，華為、小米、OPPO等廠商都在積極的推動。

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，華為將第一個用上類似蘋果的3D結(jié)構(gòu)光模組，時間點要等到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。

OPPO公布3D感測進展

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”，正式公布了其基于結(jié)構(gòu)光的3D感測技術(shù)的進展。

在本次媒體溝通會上，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人的安全識別特征。安全特征具有10000+維度信息，可以保證達到百萬分之一的精度，算法將此安全信息與錄入時安全信息進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)還可實現(xiàn)3D美顏。通過結(jié)構(gòu)光深度相機將3D人像還原出來，然后基于高精度的3D人臉信息進行更細(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)還可以對人臉進行更精確的3D重建，并模擬影棚燈光進行3D補光渲染，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。

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

現(xiàn)場展示的3D人臉識別的DEMO，識別解鎖速度非?？臁?/p>

據(jù)OPPO介紹，其3D人臉識別已經(jīng)具備量產(chǎn)條件，預(yù)計在未來6個月內(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)用在智能手機端的3D感測技術(shù)主要有有“飛行時間”（Time of Flight）和“結(jié)構(gòu)光”（Structured Light）兩大類。

飛行時間與結(jié)構(gòu)光技術(shù)原理

所謂飛行時間技術(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，隨后傳感器通過計算光線發(fā)射和反射時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，根據(jù)物體產(chǎn)生的光信號的變化來計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。

從上面這張對比圖上我們可以看到，TOF技術(shù)具有響應(yīng)時間更快，低光下表現(xiàn)良好，強光下表現(xiàn)尚可，深度信息精確度高、識別距離遠(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，主要缺點是易受陽光影響，識別距離短，相應(yīng)時間稍慢的缺點。

但是如果只是用于智能手機的前置3D感測系統(tǒng)，進行人臉識別/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。

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

另外，就兩種技術(shù)所產(chǎn)生的深度圖來看，TOF深度圖會存在多重反射產(chǎn)生的噪音、邊緣精細(xì)度過低、時域濾波導(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這樣的消費類移動設(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，如果是手機前置3D面部識別系統(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Dot projector）是整個模組當(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)尚無一家擁有針對移動端3D感測市場的VCSEL芯片量產(chǎn)能力的企業(yè)。

在VCSEL設(shè)計和芯片代工方面，臺灣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，臺灣也累積了長久的精密封裝實力，目前聯(lián)鈞、華信、華星、光環(huán)、矽品與同欣都是有實力可以達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端/移動端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的審計報告顯示，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?zhí)幚砥鳎A(yù)計今年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RGB 攝像頭（據(jù)說有1600萬像素、2000萬像素兩個版本）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，并對點狀圖在物體上發(fā)生的扭曲、以及點與點之間的距離進行計算，再加上RGB圖像，結(jié)合起來就構(gòu)成了一個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)適進度落后，臉部識別成功率偏低，小米搭載3D臉部識別功能的機型可能將延至第三季推出。這個進度要比OPPO更快。

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

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)中相對更為成熟的方案（其內(nèi)部的DOE/WLO等多個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可能不會直接采用，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)光的手機方案，去年就推出了針對智能手機的前置3D人臉識別結(jié)構(gòu)光攝像頭模組方案——Astra P。

奧比中光Astra P模組 芯智訊拍攝于2017年高交會現(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1280×800@30fps、640×400@90fps、320×200@120fps，精度可達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感測對比結(jié)果來看，奧比中光的3D感測模組已經(jīng)達到了接近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)的智能手機采用的就是奧比中光的Astra P模組。另外需要補充的是，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)手機鏡頭的最大供應(yīng)商，舜宇在光學(xué)領(lǐng)域擁有非常強的技術(shù)實力。根據(jù)韓國媒體《etnews》的報導(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）達成合作，將聯(lián)合為中國及全球的移動設(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展會上，首次展示了其最新的3D圖像傳感器IRS238XC，同時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)實現(xiàn)成本優(yōu)化、堅實且高性能的3D攝像頭設(shè)計，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)，實現(xiàn)更經(jīng)濟、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、結(jié)構(gòu)設(shè)計、ID設(shè)計、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)部代號為Jupiter X。

雖然華為榮耀和舜宇都并未詳細(xì)介紹這款點云深度攝像頭的結(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)。其點陣發(fā)射器可以發(fā)射出30萬的散板點陣，可以支持3D人臉建模和3D人臉識別。在400ms內(nèi)即可完成3D人臉識別，3D建模只需10秒，建模精度可以達到亞毫米級。

不過需要強調(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)芯片可以實時處理 3D 測量和圖像深度，并已經(jīng)開始量產(chǎn)。同時，華捷艾米的RGB-D光學(xué)模組已經(jīng)開始量產(chǎn)，能夠與機頂盒、機器人和游戲機等設(shè)備實現(xiàn)模組型開發(fā)。近期海爾推出的一款機器人就采用了華捷艾米的3D感測模組。

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

據(jù)說在與iPhone X的對比測試中，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。它可以識別手勢、重組物體和進行 3D 建模。運動感應(yīng)設(shè)備采用先進和骨架技術(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)用于智能手機平臺。

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3D感測在自家智能手機當(dāng)中的應(yīng)用，從時間進度上來看，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可能會更快一些。相比之下，另一家手機大廠vivo則更多的下注于屏下指紋，并且旗下已經(jīng)有兩款手機成功商用。而其他的手機廠商目前可能還是處于觀望狀態(tài)，到底是選擇跟進屏下指紋還是3D感測還有待市場進一步反饋。

作者：芯智訊-浪客劍