智能手機的下一個標配：3D感測

不出所料，iPhoneX新搭載的3D感測人臉識別成為產業界為之熱捧的下一代智能手機新功能。目前，據了解安卓陣營推出的時間點預計出現在2018年下半年。產業鏈緊鑼密鼓準備，新技術導入、產能爬坡，迎接這一波風潮的到來。

Yole Développement近期的一項研究報告顯示，到2022年，單是3 D消費市場的規模就將增長至60億美元。這一增長最初將由消費類應用驅動，隨後汽車應用也加入其中，其LIDAR(激光雷達)和車廂內解決方案扮演了重要的角色。此外，工業和自動化家居領域亦為3D感測提供了發展機會。ams艾邁斯半導體大中華區銷售和市場副總裁陳平路說道，我們不便對某具體客戶發表評論，但是我們相信在接下來的5年內3D感測將成為智能手機新功能的最大趨勢，而我們可以順勢實現非常強勁的增長。

華捷艾米聯合創始人沈瑄看好蘋果的助推力，他分析，眾所周知，自從蘋果在去年10月發售iPh o n e X 以來，face ID熱潮開始襲來，2017年第四季度銷售3870萬台，2018年第一季度約3000萬部的銷量也足以表現出用戶及市場的反饋。我們認為蘋果的路線是正確的，並且由於iPhoneX的成功，蘋果在2018年也會將前置3D結構光方案導入到iPad以及今年秋季發售的全部新款iPhone產品中，這也是為什麼安卓陣營從去年就開始積極地謀劃3D人臉識別，預計2018年下半年開始安卓手機會出現3D結構光方案。

但不可否認現階段3D感測在利基型市場更為活躍，立普思股份有限公司執行長Luke Liu向國際電子商情表示，考勤打卡、公共安全、工廠自動化、地鐵系統等場景對3D感測的需求比較大。由於蘋果風潮的帶動，智能手機3D模組正在導入中，但價格尚高，約在30～50美金，而手機廠商普遍希望這一模組價格降至10～20美金方可更利於市場化。Luke說立普思正致力於提供更優性價比的3D模組，打入智能手機供應鏈。

早在iPhoneX發布之前，業界猜測蘋果將採用哪種3D感測技術，發布後揭示出蘋果採用了單目結構光的方案。於是我們看到單目結構光方案為其他智能手機廠商競相追逐。

目前國外能夠提供單目結構光方案的廠商包括PrimeSense(被蘋果收購)、微軟、谷歌等，國內廠商包括奧比中光、華捷艾米等，高通和奇景也宣布了3D感測技術方案的合作。

沈瑄分析， 3 D 深度視覺( 或專業稱為3 D 成像) 與人臉識別並不是一一對應關係， 人臉識別目前也有2D、2.5D、3D多種方案。3D成像是一個基礎能力，主要是計算機視覺的一個分支，而且技術實現也有多種多樣，主流的有結構光、TOF以及雙攝，現在還有三攝，其中結構光也有散斑結構光、編碼結構光、雙目結構光等等，iPhoneX選擇的是散斑結構光，目前也是華捷艾米的主要技術方案，這是由於在手機前置的應用場景中，散斑結構光是目前最成熟並且性價比最高的選擇。3D成像提供了底層的技術能力，並由此讓設備具備了AR(增強現實)、3D人臉這些新功能，而這些新功能又賦能了經典的SoLoMo業務以及新興的短視頻、直播、遊戲等等業務，給予用戶新鮮的體驗。

國際電子商情聯繫到高通相關人士，高通表示目前這個時間點對3D感測市場不方便發聲，婉拒了採訪。而據模組廠商透露，目前高通+奇景的3D方案正在調試，奧比中光、華捷艾米等所用的方案，都需要與高通配合調試，安卓陣營3D感測手機推出進度將與這一進程有關。

早在2016年，聯發科戰略入股奧比中光，後者研發專用於手機的前置3D感測攝像頭。目前聯發科全新的P系列晶元平台將支持奧比中光3D感測攝像頭，聯發科平台參考設計與奧比中光3D感測技術完整適配。

奧比中光創始人兼董事長黃源浩此前接受媒體採訪時表示，3D感測攝像頭可實現3D人臉識別、AR表情、拍照優化等多種功能，其也被視為智能手機下一代攝像感測技術。他同時表示，奧比中光Astra P研發成功後，已與國內Top 3的手機廠商展開 合作，目前已經取得實質性進展，預計在今年內，搭載有奧比中光前置3D攝像頭的智能手機將推向市場。

而據國際電子商情了解，業界也有指紋廠商等正在研發3D感測技術方案，希望以更高的性價比切入這一領域。可以預見，隨著廠商們技術方案的成熟，3D感測結構光市場將熱鬧非凡。

目前行業內所採用的主流3D感測技術方案大約有三種：結構光、TOF飛行時間、雙目立體成像。如果說蘋果採用的單目結構光是一種產業風向，那麼其他技術在智能手機3D感測功能上如何施展？

Luke認為，這幾種技術將是各有市場的態勢。立普思近期已成功研發出用於Android手機的3D人臉識別及3D掃描技術，該整合方案主要為Android手機平台提供如iPhoneX的3D人臉解鎖，除此還加上手持式3D掃描功能。這種主動式立體深度感測技術利用投射主動式紅外線光源到物體上，再利用兩個紅外線鏡頭獲取數據後進行深度運算。搭配獨家研發出的3D掃描與臉部解鎖軟體即可以直接應用於Android手機上。目前需要外接一台主動式立體深度攝影機到Android手機的micro USB，立普思將推出一個可以直接整合到手機內部更小、更薄的模組。

目前立普思雙目3D攝像頭模組正在與歐美系、台系智能手機廠商進行研發試樣階段，預計今年底至19年初將正式量產。這也意味著單目結構光並非手機3D感測唯一方案。Luke分析說：「雙目立體感測比單目結構光具有更好的成本優勢，之前雙目方案一直被詬病的精準度問題，以立普思的雙目方案，硬體加軟體演算法能夠與單目結構光參數相媲美。」雙目立體感測方案包括兩顆攝像頭、一顆ASIC晶元，量測範圍受限於兩顆攝像頭的距離，立普思的方案量測範圍可達到20厘米至1.3米，同時所需功耗僅為800微瓦。據了解，英特爾Real Sense雙目深度攝像頭技術也在設計小型化方案，有望載入智能手機。立普思也是英特爾雙目方案的軟體演算法供應商之一。

單目結構光方案通過將光源投射到被測物體上時，根據這些光柵的畸變來解調出被測物的三維信息。結構光方案適合於消費電子產品前置3D成像，用於近距離場景。沈瑄介紹，華捷艾米結構光方案具有以下幾個優勢：1)自有知識產權，與蘋果沒有專利問題，華捷艾米的演算法全部自研，公司從成立伊始就開始3D方向的演算法研究，經過8年的迭代優化以及在OTT市場的反覆驗證。2)產業優勢，華捷艾米目前已經與主晶元商、手機廠、光學模組廠、應用演算法供應商合作，打通了從技術到生產的整個產業鏈。3)合作模式靈活，華捷艾米由於是全部自主研發，因此與產業鏈的合作模式是多種多樣的，會提供SoC及IP授權等多種模式。4)供應鏈優勢，華捷艾米在光學方案中，打破了蘋果的壟斷，自主的光學方案具備可量產、良率高等優勢。5)安全性高，華捷艾米方案得到了主要手機晶元商的大力支持，從數據加密、存儲、傳輸上具備支付級別的要求。因此，華捷艾米的方案相比其他方案具有低成本、深度成像質量優、安全性高等特色。

所謂TOF飛行時間法3D成像，是通過給目標連續發送光脈衝，然後用感測器接收從物體返回的光，通過探測光脈衝的飛行(往返)時間來得到目標物距離。如聯想PHAB2 Pro搭載了一顆德國英飛凌定製的TOF深度攝像頭、一顆紅外線發射器和接收器以及一顆動作追蹤攝像頭，為實現AR功能提供了保證。業界一度認為蘋果也採用了TOF方案。它與結構光比較明顯的區別在於，在紅外光發射端，TOF基本不需要使用光學稜鏡，而結構光由於需要形成特定的光學圖案，所以需要添加DOE(衍射光柵)和Lens(光學稜鏡)。

不過，一些手機搭載TOF方案實現AR功能的體驗並不太理想，Luke認為與設備不想佔用太多CPU資源從而降低運行速度有關。立普思已為國際汽車電子大廠提供TOF方案，Luke看好手機TOF方案在VR、AR應用上實現更優質的體驗。至於在單目結構光方案上，立普思也在進行研發。以Luke的看法，三大技術路線都將有可觀的應用市場，是並存的關係，因此皆有投入。

結構光3D成像技術主要由4大部分組成，包括不可見光紅外線(IR)發射模組、IR接收模組、鏡頭模組、圖像處理晶元。

其中，IR發射模組主要部件包括不可見紅外光發射源(激光器或者LED)、準直鏡頭(WLO)、光學衍射元件(DOE)。而由於VCSEL光譜準確性更高、響應速度更快、使用壽命更長、投射距離更長，將成為不可見紅外光發射源的主流。準直鏡頭以WLO工藝為主，光學衍射元件DOE的製造門檻較高，通過DOE進行散射，即可得到所需的散斑圖案(Pattern)。IR接收模組包括特製紅外CMOS、窄帶濾光片和鏡頭Lens。

陳平路表示，3D感測器是艾邁斯半導體的重點項目，並制定了清晰的戰略以引領3D感測市場的發展。「基於公司自身的系統專業知識和解決方案能力，我們致力於在3D感測的多個領域中制定詳細的發展路線，並為此投入了大量的研發資源。這種堅定的承諾使我們從眾多3D感測領域參與者中脫穎而出，並逐漸獲得強有力的市場反饋。」

艾邁斯半導體集成式光學系統集成了行業領先的晶圓級光學元件(WLO)和衍射光學元件(DOE)，以高度微型化的光學模塊進行供貨。艾邁斯半導體還針對結構光、立體視覺和飛行時間(ToF)實施方案推出高度差異化的照明解決方案，並在先進的VCSEL(垂直腔面 發射激光器)技術基礎之上推出LIDAR距離感測器。

此外，艾邁斯在新加坡投產了一條新的6" VCSEL生產線，除了看到強勁需求外，艾邁斯半導體的製造能力也足以實現VCSEL技術差異化。

去年底，艾邁斯半導體與舜宇光學科技達成合作，從而加快了用於智能手機和移動設備的高品質3D感測解決方案的上市與銷售。而在智能手機和移動設備領域，高效的模塊集成在幫助消費電子原始設備製造商(OEM)實現3D感測方面起著至關重要的作用。陳平路說：「目前我們正共同挖掘來自OEM的許多商機，但我們雙方是非排他性的合作關係，因此將保有客戶合作上的靈活性，以更好地滿足客戶需求。此外，這個合作還將使我們雙方能夠在汽車市場上抓住新興的3D感測業務機遇。」

目前安卓陣營的夥伴們都在努力爭取儘快將具有3D人臉識別及AR體驗的手機發布給用戶，但這還需要一段時間，沈瑄透露主要是新產品的生產加工需要一個過程，目前預計主要的手機廠推出的時間都在下半年，華捷艾米方案也正在導入幾家手機大 廠，目前的商用發布時間在2018年第三季度。

3D感測模組的量產仍需時間，且面臨一定的困難。據拓產業研究院分析師黃敬哲分析，目前生產3D感測模組的技術門檻主要有三：第一，高效率VCSEL組件生產不易，目前平均光電轉換效率僅約30%；第二，結構光技術的必要組件DOE以及紅外光鏡頭的CIS，都需要極高的技術底蘊；第三，3D感測模組生產過程需考慮熱漲冷縮的問題，提高模組組裝的困難度。這些因素導致現階段3D感測模組的生產良率仍低。

沈瑄表示，目前3D視覺在智能手機供應鏈中，華捷艾米的技術是成熟可靠的，與其他方案相比具有一定的優勢。在量產和產能上總體都會有一些產能爬坡、良率提升的過程，蘋果的良率也是經過大約10個月的時間才提高到商用量產的水平，我們認為這是合理並且正常的。

「我們確實看到了手機廠商對3D感測技術的濃厚興趣。我們也因此認為3D感測技術勢必普及到智能手機，而且現在已經是高端智能手機的標配了。」陳平路表示，3D感測首先將應用在基於結構光實施的一些旗艦機型，而3D感測在這個細分市場的全面普及將需要幾年時間。但隨著時間的推移，根據具體不同的應用場景，市場上也將會出現成本更低的ToF( 飛行時間)和立體視覺解決方案，以幫助中端手機配備3D感測技術。

2017年，艾邁斯半導體開始在3D感測上進行投資，盡最大努力掌握這一高度複雜的技術，並預計在2019年實現更大規模與更高品質的部署。這將成為艾邁斯半導體在智能手機3D技術和系統多年部署周期計劃中的一部分。

3D感測初步部署和採用將在手機/移動設備市場實現，但汽車市場的應用將緊隨其後，很可能帶來比消費市場更大的發展商機。除此之外，艾邁斯半導體也逐步看到工業應用市場對3D感測越來越感興趣。所有這些領域都是艾邁斯半導體關注的重點，將充分利用公司廣泛的3D感測產品和解決方案，提供適於各終端市場的方案。雖然VR(虛擬現實)市場規模仍很小，但艾邁斯半導體也不會放棄任何機會。

廠商們堅信看好2018年底2019年初3D感測市場的爆發。沈瑄認為短期成本高、良率等問題會導致在2018年3D結構光只適用在高端例如頂配的主晶元產品中，同時，他也堅信在2019年開始爆發，會與指紋以及雙攝等技術導入到智能手機一樣，成為產品的標配。並且也看到在蘋果的產品序列中，2018年將會把3D結構光作為標配出現。

「就像蘋果將3D結構光從研發發展到商業銷售用了4年的時間，目前各大手機廠也都在協調技術到生產等環節，加快速度，但硬體的研發和生產確實需要一個過程，我們相信安卓陣營大約爆發在2018年Q4。」

3D成像的市場非常大，人工智慧已經從文字、語音發展到了視覺，視覺的產品也會爆髮式地出現在我們身邊，目前華捷艾米的3D視覺晶元主要將目光瞄準了四大市場方向：OTT、智能手機、IoT和車聯網。

在OTT領域，由於和其他家用電器設備或個人移動設備相比，AR體感技術嵌入TV相對簡單，嵌入良率高達98%，所以華捷艾米首先推出的是嵌入TV的產品。由此，華捷艾米將OTT盒子和攝像頭做成了一體，主要應用於教育或者健身領域。

在IoT領域，則主要是將演算法晶元嵌入相關設備中，應用於刷臉支付、智能新零售、高端社區/重點區域安防等時下較為熱門的場景。

車聯網領域的應用，主要用作基於智能駕駛/無人駕駛車輛的車內AR顯示、駕駛員防疲勞監測、手勢識別等，在機器視覺上為未來的智慧交通體系提供強大而穩定的車輛行駛安全保證，這是華捷艾米未來的一大主攻方向。

立普思以提供視覺平台整體解決方案服務各種3D感測應用，並提供客制化方案。在安防、零售、VR等應用上已取得廣泛應用。以安防為例，3D感測提供立體畫面，顯示空間分布，較2D平面圖形有更高的精準度。再如，商店進行流量統計、客戶監測、行為分析等等，3D更能發揮精確辨識、助力便捷購物的作用。這類應用的極致體驗，尤如亞馬遜GO的無人商店，將不可缺少對深度攝像頭的大量採用。

Luke表示，深度攝影機可謂集光學、電子、機構、平行處理、演演算法、人工智慧於大成，在這機器視覺的年代，立普思將提供最完整的感知方案。包含安全監控、汽車輔助系統、無人機、混合式擴增實境、機器人相關應用、3D掃描等，使得各式機器視覺應用利用立普思提供之軟硬體方案，得以快速開發出各種應用。

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