三星(Samsung)的最新款智能手機(jī)Galaxy S9已經(jīng)準(zhǔn)備上市，華為(Huawei)則是即將于下周在法國巴黎舉辦新產(chǎn)品P20的發(fā)表會；成像技術(shù)專家表示，3D傳感技術(shù)已經(jīng)成為各家手機(jī)業(yè)者互別苗頭的最新競爭焦點。不過有一點還不明確的是，三星或華為的智能手機(jī)3D傳感功能是否夠資格與蘋果(Apple)的iPhone X分庭抗禮？

來自法國之市場研究機(jī)構(gòu)Yole Developpement的MEMS與成像技術(shù)研究主管Pierre Cambou表示，因為蘋果TrueDepth攝像頭技術(shù)設(shè)立了高門坎，他預(yù)測其他競爭對手可能需要一年以上的時間才能提供iPhone X媲美的3D傳感技術(shù)。

不同于過去的“百萬像素戰(zhàn)爭”，大多數(shù)智能手機(jī)業(yè)者會在3D傳感技術(shù)這條新戰(zhàn)線打得更辛苦；這是因為3D攝像頭包含眾多需要運作一致的零組件，還需要充分的供應(yīng)鏈管理。

Cambou將3D攝像頭形容為“一堆子裝置(sub-devices)”，他指出：“記得蘋果iPhone X嗎？參與其中的供應(yīng)商包括意法半導(dǎo)體(STMicroelectronics)、LG Innotek、鴻海(Foxconn)、奧地利微電子(ams)還有Lumentum。”

市場已有一些評論指出三星的S9前向傳感技術(shù)“令人失望”。有一篇本月稍早發(fā)表的CNET報導(dǎo)評論：“深入觀察三星的最新生物識別系統(tǒng)──以及該系統(tǒng)與iPhone X的Face ID之比較──結(jié)果顯示它在移動支付上還不夠安全。”

該報導(dǎo)指出，“這是因為三星的臉部識別系統(tǒng)使用標(biāo)準(zhǔn)攝像頭來建立使用者臉部的2D圖，而蘋果的Face ID則是會建立臉部圖形的復(fù)雜3D掃描”；人們已經(jīng)在三星去年推出的Galaxy S8證實，能用照片來欺騙三星的臉部識別技術(shù)，顯然S9也會被一樣的手段欺騙。

至于即將發(fā)表的華為P20，有不少媒體報導(dǎo)都將該款手機(jī)的“三鏡頭”視為關(guān)鍵功能──為何需要3個攝影鏡頭，三個會比兩個好嗎？

為此我們詢問了雙鏡頭技術(shù)領(lǐng)導(dǎo)供應(yīng)商Corephotonics的市場營銷與業(yè)務(wù)開發(fā)副總裁Eran Briman，他表示：“三鏡頭是一個全新的技術(shù)領(lǐng)域，才剛剛起步、還未證明其價值；”他指出三攝像頭可能會有很多型態(tài)與配置，那些鏡頭可能各有目的，包括支持“低光線拍攝、變焦、景深、高分辨率以及整體影像質(zhì)量。”

根據(jù)Briman的說法，三攝像頭的組合可能包括：1. 一支彩色(RGB)鏡頭、一支黑白鏡頭，第三支攝像頭則是提供超寬廣視場(field of view，F(xiàn)oV)或是兩倍遠(yuǎn)距窄FoV；2. 一支魚眼鏡頭、一支標(biāo)準(zhǔn)廣角鏡頭以及一支兩倍望遠(yuǎn)鏡頭；或者是3. 一支標(biāo)準(zhǔn)廣角鏡、一支兩倍望遠(yuǎn)鏡以及一支五倍望遠(yuǎn)鏡，以支持超級變焦(super-zoom)功能。

他指出：“也有可能是其他配置，包括不同的影像傳感器；”但重點在于：“相較于雙鏡頭設(shè)計，所有的三鏡頭配置都可以提供更精確的深度信息。”

Briman表示：“主要原因是，實際上其基線(baseline，即鏡頭間的距離)會變得更大，特別是第一個與第三個鏡頭；當(dāng)基線數(shù)值越大，深度信息就越準(zhǔn)確──不過在軟件方面的挑戰(zhàn)很大，需要處理遮蔽(occlusion)、同步等等問題。”他補充指出：“此外藉由整合來自三個攝像頭的信息，理論上可以得到更好的深度信息。”

換句話說，華為的三鏡頭方案顯然是為了展現(xiàn)該公司在強化深度傳感技術(shù)方面的努力成果──雖然未經(jīng)證實，業(yè)界猜測高通(Qualcomm)是華為的3D傳感技術(shù)合作伙伴；在去年夏天，高通宣布與奇景光電(Himax Technologies)合作打造完全整合的結(jié)構(gòu)光模塊(structured light module，SliM)。高通當(dāng)時表示，其3D深度傳感攝像頭模塊將在今年第一季量產(chǎn)。

3D傳感技術(shù)領(lǐng)域有哪些重要廠商？

那么在智能手機(jī)3D傳感技術(shù)領(lǐng)域有哪些關(guān)鍵供應(yīng)商？在我們討論這個題目之前，先復(fù)習(xí)一下蘋果的3D攝像頭運作原理：蘋果TrueDepth攝像頭結(jié)構(gòu) （來源：Yole Developpement）

如同Yole先前所解釋的，iPhone X能識別使用者臉部并解鎖手機(jī)，是結(jié)合了ToF測距傳感器與紅外線“結(jié)構(gòu)光”相機(jī)，因而能使用均勻的“泛光”或“位圖案”照明。首先，iPhone X結(jié)合了紅外線相機(jī)與泛光感應(yīng)組件，從而在手機(jī)前方投射出均勻的紅外光；接著拍攝影像，并此觸發(fā)臉部識別算法。

然而，這種臉部識別功能并非持續(xù)運作。連接到飛行時間(ToF)測距傳感器的紅外線相機(jī)發(fā)出信號，指示相機(jī)在偵測到臉部時拍攝照片。iPhone X接著啟動其點陣式投射器拍攝影像。然后將一般影像和位圖案影像傳送至應(yīng)用處理單元(APU)，用于進(jìn)行神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練，以識別手機(jī)使用者以及解鎖手機(jī)。

Yole的Cambou指出，此時尚未開始進(jìn)行3D影像的運算，3D信息包含在位圖案影像中。“為了執(zhí)行3D應(yīng)用，同一個APU可以使用另一種計算影像深度地圖的算法；”他補充：“由于采用了運算密集的結(jié)構(gòu)光途徑，iPhone X充份利用了A11芯片的強大處理能力。使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是得以實現(xiàn)這一設(shè)計的關(guān)鍵技術(shù)。”

基本上有三種類型的技術(shù)能實現(xiàn)3D傳感，包括立體視覺(stereo vision)、結(jié)構(gòu)光以及ToF傳感；Yole所提供的以下表格可以看到這三種技術(shù)的優(yōu)缺點與特性比較：

三大3D傳感技術(shù)比較 （來源：Yole Developpement）

而因為每個3D攝像頭都包含了一堆子裝置，Yole針對以上三種類型技術(shù)提供了一些組件供應(yīng)商組合線索。

首先，立體視覺或主動立體視覺(active stereo)，能透過結(jié)合由Omnivision或ST提供的全局快門近紅外線(NIR)攝像頭，以及歐司朗(Osram)、Lumentum、Finisar的NIR照明(可選)，還有Iniutive、英特爾(Intel)/Movidius所提供的3D硬件加速器(即視覺處理器)。

其次在結(jié)構(gòu)光部分，必要的子裝置包括全局快門NIR攝像頭，一樣是有Omnivision或ST等供應(yīng)商；還有結(jié)構(gòu)NIR照明組件(可選)，供應(yīng)商是奧地利微電子、奇景光電、韓國業(yè)者Namuga以及歌爾(Goertek)；此外是3D重建軟件，供應(yīng)商有Apple Primesense、Mantis、Namuga與奧比中光(Orbbec)。

第三種ToF方案，則需要供應(yīng)商包括pmd、Sony/Softkinetic的ToF鏡頭，以及歐司朗、Lumentum、Finisar與奧地利微電子等廠商的NIR照明組件(可選)。Cambou指出，奧地利微電子與意法都提供ToF近接探測器，但只支持幾個像素，輛家公司都還未開發(fā)ToF攝像頭。

蘋果設(shè)下的高競爭門坎

假設(shè)iPhone X的TrueDepth如同Yole所說的遠(yuǎn)勝所有競爭者，究竟其他3D傳感技術(shù)方案是少了什么？

對此Cambou認(rèn)為，“神經(jīng)引擎”(neural engine)是一個關(guān)鍵，也是蘋果的競爭對手難以跨越的障礙：“高通顯然已經(jīng)有了‘me too’解決方案…但還未看到成果；”此外他表示：“你需要夠力的2D-3D攝影系統(tǒng)，適合智能手機(jī)前置、成本要低于15美元，”這不是完全不可能，但真的很難做到。

iPhone X的光學(xué)中樞系統(tǒng)成本 （來源：Yole Developpement與System Plus Consulting）

此外Cambou補充，該系統(tǒng)還需要達(dá)到一定程度的生物識別效果，如果一張照片就能騙過系統(tǒng)，那方案就沒用；他認(rèn)為這是問題所在：“蘋果從一開始就知道要用3D攝像頭來做什么，是包括生物識別方案在內(nèi)的用戶接口，”而其他競爭對手只是嘗試要賣廉價版的相同功能。

Cambou指出：“蘋果識別系統(tǒng)需要的性能等級，已經(jīng)設(shè)立了超越所有競爭者技術(shù)能力的標(biāo)準(zhǔn)；奇景光電的窘境意味著手機(jī)業(yè)者還沒有充分了解其應(yīng)用重點。”

那除了高通與奇景光電的合作，還有其他案例嗎？Cambou指出，聯(lián)發(fā)科(Mediatek)也打算以APU供應(yīng)商的角色加入3D傳感戰(zhàn)場，打算以卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(CNN)──類似于蘋果的神經(jīng)引擎──來支持生物識別；而他表示，聯(lián)發(fā)科顯然會在未來替小米(Xiaomi)提供CNN加速器，將與奧比中光設(shè)計的3D攝像頭結(jié)合。 3Dimaging_sensingmarket3D傳感技術(shù)市場預(yù)測 （來源：Yole Developpement）

Cambou還表示，如果手機(jī)的臉部識別系統(tǒng)將會用于移動支付，我們永遠(yuǎn)可以爭論哪種3D攝像頭模塊更安全，但有一件不可忽略的事情，就是中國因素。舉例來說，最終只要支付寶認(rèn)定哪種3D傳感技術(shù)夠好，就會被中國市場認(rèn)可──中國有一大部分人口都已經(jīng)依賴像是微信支付、支付寶等移動支付方案，而這會成為3D傳感技術(shù)贏家的最大決定因素。