三維（3D）技術(shù)是一項(xiàng)重大的科學(xué)突破。

  這是一種深度感應(yīng)技術(shù)，可增強(qiáng)相機(jī)的面部和物體識(shí)別能力。捕獲現(xiàn)實(shí)世界對(duì)象的長(zhǎng)度，寬度和高度的過程比使用多種不同技術(shù)所能實(shí)現(xiàn)的更加清晰和深入。3D技術(shù)在感知和處理日常活動(dòng)方面提供了獨(dú)特的進(jìn)步。

  3D真正改變了游戲規(guī)則，因?yàn)橹圃焐虪?zhēng)先恐后地將3D傳感技術(shù)融入到諸如手機(jī)之類的消費(fèi)產(chǎn)品中。

  北京時(shí)間2020年10月14日凌晨，蘋果正式發(fā)布了iPhone 12系列四款機(jī)型，跟之前爆料的一樣，iPhone 12 Pro和iPhone 12 Pro Max都加入了此前iPad Pro曾率先采用的基于dToF技術(shù)的激光雷達(dá)掃描儀，這也意味著蘋果在ToF技術(shù)應(yīng)用上的進(jìn)一步加碼，而此舉或?qū)⒓铀?*整個(gè)ToF市場(chǎng)。

  3D傳感技術(shù)使用光學(xué)技術(shù)模仿人類視覺系統(tǒng)，從而促進(jìn)了增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)，人工智能（人工智能）和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的出現(xiàn)和集成。

  這在消費(fèi)者應(yīng)用中創(chuàng)造了獨(dú)特的機(jī)會(huì)。

  推動(dòng)3D傳感進(jìn)步的關(guān)鍵技術(shù)

  3D傳感的發(fā)展與實(shí)現(xiàn)需要開發(fā)高質(zhì)量傳感器和高效算法。例如，垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)正在取代LED或邊緣發(fā)射激光二極管，成為3D傳感的主流光源技術(shù)，因?yàn)樗鼈兒?jiǎn)單、光譜窄、溫度穩(wěn)定。

  許多推動(dòng)3D傳感進(jìn)步的關(guān)鍵技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。立體視覺、結(jié)構(gòu)光模式和飛行時(shí)間是3D傳感的三種技術(shù)。這三種技術(shù)都有其共同的用例和各自的優(yōu)勢(shì)。

  立體視覺

  立體視覺技術(shù)的結(jié)構(gòu)來源于人眼捕捉任何圖像的方式。兩個(gè)攝像頭被放置在稍微偏移的位置（就像人眼一樣）。然后，利用軟件將兩幅捕捉到的圖像合并成一張圖片。不同的攝像頭位置所產(chǎn)生的微小差異，就形成了立體，即3D畫面。

  在輔助立體視覺中，部署了一個(gè)激光投影模塊，它在物體或場(chǎng)景上投射出圓點(diǎn)，幫助攝像機(jī)更容易聚焦。捕捉到的圖像經(jīng)過處理后，會(huì)呈現(xiàn)出深度效果。

  例如，安裝在門口等處用于監(jiān)控人員行動(dòng)的**攝像機(jī)就采用了這種技術(shù)。美國(guó)FLIR Systems公司生產(chǎn)的立體視覺攝像機(jī)系統(tǒng)就采用立體視覺技術(shù)。

  結(jié)構(gòu)化光型

  結(jié)構(gòu)化光型3D傳感的工作原理是：先由線、方塊(周期性結(jié)構(gòu))或點(diǎn)組成的光圖案通過激光投影模塊投射到物體或場(chǎng)景上，再通過反射光形成一個(gè)扭曲的圖案。然后，來自目標(biāo)的反射光被安裝在投影模塊上的三角形攝像機(jī)捕捉，再通過投影模塊和攝像機(jī)之間的三角測(cè)量實(shí)現(xiàn)的圖案變形有助于獲取物體或場(chǎng)景的三維坐標(biāo)。

  *常見的例子是iPhone X中使用的真深度攝像頭，這種技術(shù)的前置攝像頭增加了一個(gè)紅外發(fā)射器，可以將超過3萬個(gè)已知圖案的點(diǎn)投射到用戶的臉上。然后，這些點(diǎn)會(huì)被專門的紅外相機(jī)拍攝下來進(jìn)行分析，從而將分析后的圖像用于訪問手機(jī)。

  飛行時(shí)間(ToF)

  3D ToF直接由投影模塊發(fā)射短光閃光，再由攝像模塊捕捉，并與系統(tǒng)集成。計(jì)算出光從發(fā)射器到物體再到相機(jī)所需的時(shí)間，然后用坐標(biāo)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，生成三維圖像。

  在某些情況下，相位差被用來計(jì)算被檢測(cè)物體的深度和運(yùn)動(dòng)。光源在整個(gè)工作溫度范圍內(nèi)的波長(zhǎng)穩(wěn)定性對(duì)保持跟蹤精度至關(guān)重要，因?yàn)橥ǔＴ诮邮章窂街袘?yīng)用濾波器以*小化接收信號(hào)中的噪聲。

  飛行時(shí)間相機(jī)傳感器可用于物體掃描、測(cè)量距離、室內(nèi)導(dǎo)航、避障、手勢(shì)識(shí)別、跟蹤物體、測(cè)量體積、反應(yīng)式高度計(jì)、3D攝影和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)游戲等。

  3D傳感技術(shù)的應(yīng)用

  在過去的10年里，消費(fèi)電子市場(chǎng)經(jīng)歷了3D深度感應(yīng)技術(shù)的緩慢應(yīng)用。該技術(shù)的**商業(yè)應(yīng)用是在游戲領(lǐng)域。

  隨著發(fā)展，3D深度感應(yīng)技術(shù)在3D成像和檢測(cè)領(lǐng)域的適用性有所擴(kuò)大。移動(dòng)設(shè)備能夠以三維而非二維的方式捕捉圖片，這也是促使三維傳感技術(shù)應(yīng)用性不斷增強(qiáng)的關(guān)鍵因素之一。

  與3D傳感相比，虹膜掃描是一種更簡(jiǎn)單的技術(shù)，它在視頻圖像上使用數(shù)學(xué)模式識(shí)別技術(shù)。它可以讓攝像模塊掃描你的眼睛，將虹膜與文件上的圖像進(jìn)行對(duì)比，并以類似過去指紋的方式確認(rèn)用戶的身份。虹膜掃描技術(shù)應(yīng)用于門禁控制、汽車安全和移動(dòng)支付等場(chǎng)景中，三星Galaxy S9和S9+就嵌入了虹膜掃描技術(shù)。

  而由于對(duì)虛擬化解決方案的需求不斷增加，3D傳感技術(shù)在機(jī)器人行業(yè)的適用性已經(jīng)擴(kuò)大。這項(xiàng)技術(shù)越來越多地應(yīng)用于消費(fèi)類、汽車、無人機(jī)和工業(yè)應(yīng)用。

  1、消費(fèi)性電子產(chǎn)品的應(yīng)用

  手勢(shì)應(yīng)用將人類的動(dòng)作（臉部、手部、手指或全身）轉(zhuǎn)化為符號(hào)指令，以指揮游戲機(jī)、智能電視或便攜式計(jì)算設(shè)備。

  在游戲行業(yè)中，3D傳感的使用非常顯著。3D傳感技術(shù)在虛擬現(xiàn)實(shí)游戲中的使用，幫助玩家**通過手勢(shì)控制游戲，而不需要與游戲機(jī)有任何物理接觸。許多這些用例都依賴于智能軟件，特別是在涉及到由機(jī)器學(xué)習(xí)驅(qū)動(dòng)的圖像識(shí)別情況時(shí)。智能手機(jī)公司正專注于在其設(shè)備中加入3D傳感器。

  **代AR依靠標(biāo)準(zhǔn)后置攝像頭，已經(jīng)開始影響社交媒體和電子商務(wù)。它允許社交媒體用戶創(chuàng)造有趣的3D效果，并幫助宜家等家具制造商的客戶在購買家具之前虛擬地放置和布置家具。

  計(jì)算機(jī)視覺信號(hào)處理、機(jī)器學(xué)習(xí)和ToF等技術(shù)的結(jié)合，有助于電子產(chǎn)品或其功能的創(chuàng)造。但3D傳感技術(shù)在消費(fèi)電子行業(yè)面臨著三個(gè)明顯的挑戰(zhàn)：

  需要精確測(cè)量設(shè)備與用戶之間的距離。

  需要具體解釋ToF或結(jié)構(gòu)光的參數(shù)，同時(shí)進(jìn)行面部或虹膜識(shí)別的算法。

  與使用時(shí)消耗的電量有關(guān)的缺點(diǎn)，加上電池壽命。

  2、汽車行業(yè)的應(yīng)用

  3D傳感技術(shù)可以在檢測(cè)到汽車附近的人和物體時(shí)，向駕駛員發(fā)出警報(bào)，從而提高安全性；它還有助于輔助駕駛，比如該技術(shù)被長(zhǎng)途司機(jī)用來監(jiān)控自己的行為：卡車內(nèi)部的一個(gè)裝置會(huì)檢測(cè)到司機(jī)的動(dòng)作，并發(fā)出警告。

  輔助駕駛/自動(dòng)駕駛輔助系統(tǒng)(AD/ADAS)集成了3D傳感技術(shù)，在增強(qiáng)駕駛體驗(yàn)的同時(shí)，提高了安全性。AD主要采用ToF傳感器進(jìn)行檢測(cè)和輔助動(dòng)作。

  3D傳感技術(shù)還有助于提高駕駛者的舒適性和便利性，為他們提供訪問信息娛樂控制、駕駛艙控制和換檔控制等功能。意法半導(dǎo)體開發(fā)的ToF 3D深度傳感器在非手勢(shì)應(yīng)用方面有多種用途。

  汽車行業(yè)在使用ToF深度測(cè)距相機(jī)方面走在了無人機(jī)行業(yè)的前面，而在無人機(jī)中使用3D傳感技術(shù)仍在不斷發(fā)展。

  3、無人機(jī)中的應(yīng)用

  一些技術(shù)公司將3D傳感器、軟件和算法結(jié)合起來，以提供一個(gè)**的解決方案。例如，無人機(jī)可以結(jié)合ToF、激光雷達(dá)、立體視覺和超聲波傳感器，使其能夠在自主飛行模式下與避撞系統(tǒng)一起工作。

  下面列出了3D傳感在無人機(jī)中的各種應(yīng)用：

  室內(nèi)導(dǎo)航

  手勢(shì)識(shí)別

  對(duì)象掃描

  避免碰撞

  追蹤對(duì)象

  測(cè)量體積

  監(jiān)視目標(biāo)區(qū)

  計(jì)數(shù)物體或人

  快速精確的目標(biāo)距離讀數(shù)

  增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)/虛擬現(xiàn)實(shí)

  估計(jì)物體的尺寸和形狀

  增強(qiáng)型3D攝影

  4、應(yīng)用于電子小工具

  蘋果、三星和索尼等各大電子巨頭都在他們的小工具中加入了3D傳感技術(shù)，以提供*獨(dú)特的用戶體驗(yàn)。

  比如，目前一種可以透過墻壁捕捉圖像的3D成像傳感器正在開發(fā)中。這一功能可能是家庭安全系統(tǒng)的重大突破，因?yàn)閭€(gè)人可以從遠(yuǎn)處監(jiān)控家中的不同房間。該傳感功能可針對(duì)有線電視公司、寬帶和智能家居領(lǐng)域。由于傳感器能夠監(jiān)控一個(gè)房間內(nèi)幾個(gè)人的動(dòng)作和活動(dòng)，因此有望確保住宅的**安全。該功能可能有助于減少有線電視公司提供的設(shè)備的安裝周轉(zhuǎn)時(shí)間。

  結(jié)語

  3D傳感旨在將設(shè)備與現(xiàn)實(shí)世界連接起來，以提升終端用戶的體驗(yàn)。

  3D傳感在智能手機(jī)中的應(yīng)用越來越多，一方面推動(dòng)了手機(jī)的小型化、功耗和成本的降低，另一方面也推動(dòng)了性能的提升。這也使得3D傳感在其他終端應(yīng)用中的擴(kuò)大使用，如汽車和工業(yè)機(jī)器人。

  未來幾年，這些應(yīng)用對(duì)3D傳感的需求或?qū)⑹且环N硬需求，因?yàn)檫@些應(yīng)用都有安全或保障的成分。