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苹果最新 iPad Pro上的激光雷达,暗藏哪些黑科技?

2020-03-22
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近日,苹果又悄悄地在线上发布了几款新品,一如既往地,引起了热烈的讨论。
  
此番新品中的“C位”,毫无疑问是最新的 iPad Pro,它更新了诸多吸引人的特性,“你的下一台电脑,何必是电脑”,苹果显然很有信心。
  
在诸多新的特性中,有一项功能被苹果放在了优先级很高的位置上进行宣传,那就是全新的摄像头模组。

  
这个一语双关的“深入”,代表着苹果引入了一项全新的技术——激光雷达 (LiDAR 光探测和测距) ,这枚“没睁眼”的摄像头,其实并不能拍照,那么它到底是干嘛的?
  

啥技术?能干嘛?


苹果采用的激光雷达 LiDAR,全名是 Light Detection and Ranging,简单来说,发射脉冲激光投射到物体上,再返回传感器中,从而测量目标的距离、形状、体积等,这个过程是纳秒级别的。苹果没有在宣传材料中采用 ToF(Time of Flight) 这样的叫法,但是技术原理是差不多的,LiDAR 是实现飞行时间计算的一种方式。

  
LiDAR 发射的光波存在两种调制方式:直接飞行时间(Direct-ToF)测量和间接飞行时间(Indirect-ToF)测量,直接测距, 是通过发射、接收光并测量光子飞行时间,直接计算确定距离,而非直接测距iToF,是通过测量发射波形和接收波形间的相位差来换算,从而确定距离,直接测距拥有响应快、功耗低等优势,但同时成本也会更高。
  
此前,OPPO 和 LG 在手机上采用的均是间接飞行时间,而苹果此项技术采用的是相对更复杂的直接飞行时间。

  
而和传统的红外 ToF 相比,LiDAR 的精度更高,因此常被应用在地图绘制、三维建模、体积测定等场景,比如自动驾驶、航空航天。
  
苹果引入此项技术,并不是为了拍照,而是为了 AR,苹果表示,支持 ARKit 的应用程序都将自动获得 LiDAR 所能提供的特性,并且能极大地缩短 AR 建模的速度,提高测量精度,降低抖动、错位的情况。比如 AR 尺子能更准了,室内设计时的建模能快了。

  
苹果还演示了一款名为《炽热熔岩(Hot Lava)》的游戏,游戏通过 LiDAR 对客厅进行建模,再加入岩浆特效,玩家可以跳到家具上躲避熔岩。

  
苹果把过去应用在汽车、飞机上的模组做小,集成到薄薄的 iPad 中,如何在如此小的体积下实现高精度的测量,是这套技术的核心。苹果并没有采取市面上第三方的雷达供应,而是选择了自己研发。苹果本身还会融合自家的算法以及摄像头技术,根据苹果官方的介绍,iPadOS 采用全新深度架构,可以和激光雷达探测到的深度点、两个摄像头和运动传感器捕捉的数据相结合,并通过 A12Z 仿生芯片的计算机视觉算法来进一步优化,以更详细地理解场景。
  
和过去所有的技术一样,苹果针对 LiDAR 也布局已久。
  
据媒体报道,2018 年 11 月,美国专利及商标局公布了一份与深度摄像头相关的苹果专利。专利文件显示,苹果正在优化深度摄像头,主要是与光电感应组件有关,苹果有意将 LiDAR 与 VCSEL(垂直腔面发射激光器)技术进行结合,探索 MR、ToF、以及 AR 上的应用。

  
2019 年 4 月,路透报道称, 苹果公司正在与多家 LiDAR 供应商公司谈判,知情人士表示,苹果正在寻求比当前技术更小、更便宜、更容易批量生产的 LiDAR 传感器,目标是必须要有“革命性设计”。现在看来,苹果想要的革命性,也许就是让 LiDAR 走入消费级数码当中,而不只是应用于自动驾驶。
  

苹果能否再次引领行业风向?


种种消息显示,在 iPad 上试水后,今年秋天,旗舰版的 iPhone 新机也会搭载类似的技术,从而让更多的消费者能够接触到 LiDAR 技术。
  
实际上,过去一段时间,国内外厂商针对三维建模、测距等技术都进行过相关探索,也有产品推出。
  
2018 年 10 月,OPPO 推出的 R17 Pro 就搭载了 ToF 镜头,能够实现三维建模、测距、AR 尺子等功能,但很显然,这样便娱乐的非刚需,没能掀起什么水花;同年 12 月,荣耀发布的 V20 也搭载了 ToF 镜头模组,推出了 3D Qmoji、AR合影、趣味变妆等功能,但依然没什么反响。

  
除了手机厂商,类似 Keep 这样的互联网公司,针对健身这一场景,也有推出包含 ToF 技术的硬件。
  
都没有探索出能被广泛接受的应用场景,究其原因,很大程度上是因为这些都是“痒点”,而不是“痛点”,有就玩几下,没有也没关系,它没有和日常最高频的需求(比如拍照、安全等)很好地结合起来,成为类似超广角拍照、指纹识别这样不可替代的技术。
  
iPad 与 iPhone 的引入,会让 LiDAR、ToF 功能再次走入行业的主流视野,苹果也就被寄予了引领行业发展的重任。
  
而从苹果演示和介绍的场景来看,也没有超出此前三维建模畅想的一些应用,不过乐观来看,量变引起质变,更高的精度与速度,可能会让整套技术使用的体验更佳,从而使得一些场景具备实用价值。苹果官方表示,已经向开发者释出 iPad Pro 的 ARKit,并预告在今年稍后带来对应的 AR 应用,涵盖生活、医学、游戏、建筑等不同方向的应用。也许,AR 换装、试衣之类的场景会受到欢迎?

  
而除了应用生态,苹果也会带动相关产业链的发展。
  
ToF 模组也包括一个完整的上下游,包括传感器芯片、模组、算法、以及VCSEL(垂直腔面发射激光器)等等,此前,国产厂商采用的 ToF 模组,芯片主要来自索尼,摄像头模组来自舜宇光学和欧菲光。
  
据消息显示,苹果采用的 3D 模组还是由夏普(鸿海)和 LG 提供,而配合 ToF 用到的 VCSEL 激光器则是由苹果公司自主设计交给稳懋代工,后者与宏捷科是主要的激光器供应商。
  
产生规模效应后,相关模组的价格也会下降,不会对整机的价格有明显的影响,比如新的 iPad Pro 就是加量不加价,未来这一技术有望下放到中低段 Android 机上,届时市场规模会有明显提升。
  
行业普遍认为,5G 时代 AR/VR 会得到爆发,届时,ToF 将作为设备与现实的窗口,得到更广泛的应用,不过这不是短时间内能看到的成果,更多的是为未来布局。
  
拓墣产业研究院研究经理蔡卓在接受采访时表示,虽然很多手机开始导入 ToF 镜头,但是厂商不会特意宣称 ToF 所能带来的 AR 应用,可能要等到 2020 年, iPhone 后镜头开始搭载 ToF 之后,结合苹果这几年来在 AR 的发展,Android 阵营以及相关开发商,才会有较为明确的方向,而当这些开发商开发出应用功能之后,品牌厂商才会将他们的 ToF 镜头与应用功能做连结,预期要到 2020 年或 2021 后才会比较明显。
  
苹果的入局是一个节点,2020 年,也许真正会成为 ToF 与消费级 LiDAR 的元年。

来源:虎嗅


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