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ToF镜头成本低廉性能卓越,或成为苹果iPhone 11“秘密武器”

来源:   作者:   时间:2019-09-11  浏览:

  苹果公司即将举办2019秋季新品发布会,最新传闻称,新款iPhone手机可能会配备“飞行测距(ToF)三维立体深度传感器”,从而实现更优异的增强现实功能,近年来,市场其他手机品牌最新款相继配备了ToF镜头,目前从各种技术分析来看,新款iPhone手机会配备这一功能,才能与其他品牌争夺市场。让我们来揭开ToF镜头的神秘面纱吧!

  一、什么是ToF镜头?

  ToF(Time of Flight,飞行测距),是一种深度信息测量技术方案,由红外光投射器和接收模组构成。投射器向外投射红外光,红外光遇到被测物体后反射,并被接收模组接收,通过记录红外光从发射到被接收的时间,计算出被照物体深度信息最终完成3D建模。

  简单地讲,ToF就是计算光/红外线的反弹时间,来计算事物与信号发射源之间距离的一种技术,而目前在手机上用的技术多为红外线。通过获得多点的距离,ToF传感系统可以有效塑造一个3D立体模型,该技术已被广泛应用在测绘、物流、无人驾驶等多个领域。

  ToF镜头最大的功能在于立体景物识别和模型建构,其最大亮点是人面识别,许多人会将该技术与iPhone X、XS等机型的TrueDepth感应器进行对比分析,ToF镜头在应用层面上比TrueDepth有着决定性优势,导致多家安卓厂商在新款机型中融入ToF镜头功能。

  相比之下,TrueDepth技术同样需要将红外线照射在人面或者景物上,然而它并不会接收反射回来的数据,而是以另一特制镜头拍摄红外线参照点的图像,再以点与点之间的偏差距离计算出景物的凹凸和深度。

  然而,TrueDepth技术有着几个难以突破的限制:一是参照点不能太多(太密就拍不到距离);二是在阳光下的使用会受到影响。此外,TrueDepth镜头拍摄的图像需要系统额外运算,从而增加了处理器负担、延长识别时间。但是ToF镜头技术更具优势,先天设计让镜头接收最直接的数据再交由处理器进行运算,减少了处理时间与资源负担,而镜头制作成本却比TrueDepth更低。

  二、ToF镜头优点

  1、相对二维图像,ToF技术可通过距离信息获取物体之间更加丰富的位置关系,能够区分前景与后景图像;

  2、深度信息可以完成对目标图像的分割、标记、识别、跟踪等传统应用,无论光源较强较弱,都可获得有效的景深信息;

  3、经过进一步深化处理,可以完成三维建模等应用;

  4、能够快速完成对目标的识别与追踪,可获得5米内有效的深度信息;

  5、主要配件成本相对低廉,包括CCD和普通LED等,对今后的普及化生产及使用有利;

  6、借助CMOS特性,可获取大量数据及信息,对复杂物体的姿态判断极为有效,拍照物体的精度可以达到厘米级水平。

  三、ToF镜头缺点

  1、相对于普通相机镜头,成本偏高,影响该产品普及率;

  2、该镜头仍受到硬件发展的限制,更新换代速度较快,元件工作时功耗与发热量较大;

  3、测量距离较常规测量仪器短,通常不超过10米;

  4、测量结果受被测物性质的影响,且手机端主流ToF镜头分辨率较低;

  5、大多数镜头测量结果受外界环境干扰较为明显,尤其是受外界光源干扰;

  6、系统误差及随机误差对结果影响明显,需要进行后期数据处理,目前基于ToF方案的解决方案还未完全成熟。

  四、苹果使用ToF镜头的两个理由

  1 、ToF技术已经相对成熟,它的成本也比3D结构光更低。媒体披露称,苹果打算在新款iPhone手机后置摄像头中加入ToF传感器,但并非意味将取代现有的面部识别红外系统。在手机制造方面,将ToF布置在后置摄像头区域能更容易的放置主动光源,减少对手机空间挤压。苹果手机未来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iPhone手机环视整个房间,为开发者和用户创建精确的3D渲染图。

  2 、成本低廉,增加ToF镜头,显然比提升算法或是采用新型技术更加容易。目前部分厂商已经运用这项技术,例如:LG G8S ThinQ的前置摄像头中就搭载了ToF技术,可实现隔空动作手势,并且让人像拍摄更为立体。华为P30 Pro采用ToF景深镜头捕捉画面深度信息,据称,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%。此外,OPPO R17 Pro、荣耀V20等也采用了ToF镜头。

  客观地讲,ToF技术对智能手机注入了新鲜血液,不仅实现拍照的人像虚化,荣耀V20的3D体感游戏还利用手机ToF镜头进行实时动作捕捉,增强了游戏体验感。

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