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3D感测的三种实现方案哪一种更具市场发展前景?

王伟 2018/11/27 17:24:00

  对于3D感测技术,消费者或许有点陌生,但对于刷脸消费、刷脸解锁这些“黑科技”,消费者却一点都不陌生。视觉传感设备让万物看到世界,而3D感测技术则让万物能像人一样‘看清’世界。

  3D感测通常由多个摄像头+深度传感器组成,通过投射特殊波段的主动式光源、计算光线发射和反射时间差等方式,3D感测可获取物体的深度信息。3D感测技术实现了物体实时三维信息的采集,为后期的图像分析提供了关键特征。智能设备能够据根据3D感测复原现实三维世界,并实现后续的智能交互。

  目前 3D 感测有三种实现方案:

  (1)双目立体成像(Stereo Vision):利用两个摄像头让 2D 图像加了深度,创造立体成像,类似人眼的原理。双目方案历史也比较早了,实际上它是原理最简单,方案成本最低的一种。所有采集的深度信息都依靠摄像头所采集的图像来通过软件算法得出,精度要求取决于捕捉分辨率。同时由于这种方案需要依靠算法分析图像今儿得到深度信息,计算负荷最大、算法复杂性最高、实现难度大,识别的快速和同步性会有影响。另外它也会受到光线的影响,尤其是昏暗环境下,由于捕捉的对象特征无法明显,所以会出现偏差。相较于TOF和结构光,双目立体成像方案的成本高、算法难度大、计算负荷高、最终效果差。目前,双目立体成像方案主要用在工业等专业领域,消费级领域还未普及。

  (2)飞时测距(ToF,TIme of Flight),亦有人称飞行时间法。TOF 3D超感应技术其工作原理是:发射器发出经调制的近红外光,遇到人或物体后反射,传感器在接收到红外光信息后,计算红外光线发射和反射的时间差,由于光速已知,进而算出物体的距离,从而形成立体视觉。TOF构建的立体图像边缘更清晰,细节更准确,且由于采集深度信息点更丰富,所以TOF 3D超感应技术相比较结构光方案有更为安全、精确的面部识别体验,安全性能完整支持目前的移动支付需求。而该技术也不仅仅只可以用在手机上面,它也可以应用于3D拍照、3D试衣、MR体感游戏、3D打印等领域。

  (3)3D 结构光(Structured Light):利用 LD 等打出不同的光源图形,光接触到物体后反射回来的会是形变或扭曲的光线图形,再利用红外光感测器,判断该物体的立体结构。是苹果 Face ID、OPPO FaceKey 采用的主要技术。其中结构光包括条纹结构光、编码结构光和散斑结构光。结构光方案的优势来自于技术诞生久,成熟度高,是iPhone X所的采用的典型方案。但是缺点是受到光照的影响大,室内外不同环境下识别效果无法完全保证,这也是结构光根本上的一大问题。

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  对比三种3D 感测技术对比中发现,TOF方案与结构光方案因其使用便捷、成本较低等优点而最具前景。但是结构光方案在精度方面超越了另外两种方案,非常适合智能终端采用。

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  事实上,无论是结构光方案、TOF方案还是双目立体成像方案,3D Sensing主要的硬件包括四部分:红外光发射器(IR LD或Vcsel)、红外光摄像头(IR CIS或者其他光电二极管)、可见光摄像头(Vis CIS)、图像处理芯片,窄带滤色片,另外结构光方案还需要在发射端添加光学棱镜与光栅,双目立体成像多一颗IR CIS等。

  而在3D 感测产业链的上、中、下游中,上游部分包括:红外传感器、红外激光光源、光学组件、光学镜头、CMOS图像传感器;中游包括:传感器模组、摄像头模组、光源代工、光源检测、图像算法;下游包括:终端厂商以及应用。

  其中3D感测产业链关键部件在于:1、红外线传感器;2、红外激光光源;3、光学组件。产业链相关红外线传感器的上市公司有STM、AMS、Heptagon、Infineon、TI、索尼、豪威等;产业链相关红外激光光源的上市公司有Finisar、Lumentum、II-VI、光迅科技等;产业链相关光学组件的上市公司为福晶科技;而提供综合技术方案的上市公司有STM、微软、英特尔,德州仪器、英飞凌等。此外,3D摄像头模组的上市公司有欧菲光;滤光片有水晶光电;摄像头芯片封测有晶方科技;镜头有联创电子。


3D感测 结构光