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再秀「黑科技」,vivo 的这项新技术能否取代 3D 结构光?


来源:极客之选

进入2018 年之后,vivo 的「秀肌肉」之路有些一发而不可收。在不到六个月的时间里,vivo 先后展示并量产了包括屏幕指纹、升降式摄像头、屏幕发声、SIP 封装音频模块等多个堪称「黑科技」的技术。

是的,vivo 又又又来秀「黑科技」了。

进入2018 年之后,vivo 的「秀肌肉」之路有些一发而不可收。在不到六个月的时间里,vivo 先后展示并量产了包括屏幕指纹、升降式摄像头、屏幕发声、SIP 封装音频模块等多个堪称「黑科技」的技术。

6 月27 日,在上海举办的MWCS 上,vivo 又展示了另外一个领先行业的「武器」——TOF 3D 超感应技术。

什么是TOF 3D 超感应技术?

TOF 的英文是Time of Flight,直接翻译过来就是「飞行时间」,它的原理是适应特殊的发射器发出经调制的近红外光,红外光线遇到人或物体后反射后再折回到接收器上,通过测算这个过程所需的时间差,来形成立体视觉。

在vivo 展示的TOF 3D 超感应技术中,包含了30 万个可以通过这种方式进行测距的有效深度信息点,将这些数据组合在一起,理论上就可以获得被拍摄对象精准的深度信息,从而为高精度的3D 人脸识别提供了数据基础。

大家知道,TOF 3D 超感应技术并不是第一个应用在智能手机上的3D 人脸识别技术,去年11 月上市的iPhone X 搭载的Face ID 同样是3D 人脸识别,不过背后的技术是3D 结构光。

3D 结构光的原理是使用点阵投影器向被测物体发射结构光点,光点形成的阵列打到人脸后经反射回到红外镜头,通过分析光信号的变化,可以获得高精度的3D 点云数据。

图片来自iFixit

根据苹果的数据,iPhone X 的3D 结构光可以实现百万分之一的安全级别,这个数字不仅让目前安卓手机上常见的基于前置RGB 镜头和AI 算法的2D 人脸识别望尘莫及,也要远远高于传统指纹识别五万分之一的安全级别。

有了这样的安全保障,苹果也就理所应当地用Face ID 彻底取代了Touch ID,不仅用于解锁手机,也用在了对安全要求更高的支付上。

问题来了,既然行业老大苹果已经开了3D 结构光这个头,并且Face ID 的速度、安全性表现都已经很出色了,vivo 为什么还要做TOF 3D 超感应技术?

TOF 3D 超感应技术相比3D 结构光的3 个优势

发布会上,vivo 主要强调了3 点TOF 3D 超感应技术相比3D 结构光的优势。

第一是有效深度信息多。

我们上面提到了,vivo 的TOF 3D 超感应技术包含了30 万个可以进行测距的有效深度信息点,而采用DOE 衍射的iPhone X 只有3 万个,而且这已经是目前DOE 衍射能做到的最高数量了。理论上讲,有效深度信息点更多的TOF 3D 超感应技术可以实现比3D 结构光更好的图像品质和细节。

也正是因为安全性的大幅提升,vivo 宣布已经和微信展开了深度技术合作,目前TOF 3D 超感应技术已成功支持微信人脸识别支付,并将于2018 年下半年投入商用,这意味着TOF 3D 超感应技术的安全级别已经达到了支付的标准。毕竟在支付安全这件事上,无论是vivo 还是微信,都不敢马虎。

第二是工作距离远。

由于结构光本身的限制,目前最长的工作距离只能到1 米左右,而vivo 展示的TOF 3D 超感应技术可以做到至少3 米的测量距离。对于人脸解锁来说,1 米和3 米不会对体验上造成什么区别,不过更远的工作距离意味着TOF 3D 超感应技术可以应用在更多的场景中。

根据vivo 官方的介绍,TOF 3D 超感应技术将率先应用于人脸解锁/支付,3D 拍照(人体/人脸美颜),3D 建模,3D 具象化体验(如3D 屏幕)四个大领域。

举例来说,通过使用TOP 3D 超感应技术获取的全身3D 数据,结合AR 技术,未来用户可以在线上远程虚拟试衣,避免买到衣服后尺码不合适的情况。TOF 3D 超感应技术还可以和MR 体感游戏结合,通过快速高精度的实时建模,配合vivo 3D 屏幕,让用户可以更加真实地「沉浸」在虚拟的游戏中。此外,在进行拍照时,基于3D 建模可以进行捏脸,打光,虚化等修饰。

TOF 3D 超感应技术未来的想象空间还远不止于次,在正在到来的AR 时代,精度高且工作距离远的TOF 3D 超感应技术可以赋予手机「理解」真实世界的能力,为更深层次的AR 应用提供数据基础。另外,据传苹果也在考虑在后置相机上加入了类似的TOF 3D 超感应技术,目的当然是ARKit,考虑到TOF 3D 超感应技术巨大的潜力,这也就不难理解了。

第三个优点是体积小。

为了保证识别精度,3D 结构光的投射器和接收器需要保留一定的距离,也就是所谓的基线(baseline),iPhone X 上的3D 结构光需要25 毫米左右,目前安卓阵营方案还要更长一些,带来的结果就是3D 结构光模组普遍较长。反映在产品上,除非像Find X 那样通过特殊的升降式结构把3D 结构光隐藏起来,否则3D 结构光会不可避免地导致「大刘海」。

相比之下,TOF 模组的baseline 几乎是零,体积上可以做到非常小巧,从而给手机的设计师留下更大的发挥空间,也为消除刘海提供了可能。

选择TOF 3D 超感应技术是一个艰难的决定

作为手机行业的标杆,苹果的每一次重大技术选择都会深刻地影响到其他手机厂商。大多数情况下,当苹果选定了一种技术路线后,其他手机厂商通常会选择「追随」,而不是「另辟蹊径」。

因此,当vivo 在3D 成像这个重要的技术点上,选择绕开苹果主导的3D 结构光,用TOF 3D 超感应技术方案取而代之,这其实是一件并不寻常并且危险系数很高的事情。

「当初内部还是有压力的,因为这个技术涉及的投资是巨大的,vivo TOF 3D 超感应技术组件的成本比好多CPU 都贵,这么贵的东西,如果投下去结果发现方向不对,那这些东西怎么办?不但影响产品,还给公司的资源造成浪费,也没有给消费者带来价值,这会是难以估量的损失。」vivo 软件部门负责人刘旭东在接受媒体采访时表示。

当然了,vivo 之所以敢于在TOF 技术应用上「另辟蹊径」,前期也做了很多的准备工作。

2017 年3 月的时候,vivo 开始注意到结构光和TOF 技术在手机3D 技术上的价值,随即就开始对这两项技术的研究和追踪。

直到2017 年12 月,也就是在iPhone X 正式上市一个月后,vivo 决定选择当时关注度并不高但前景广阔的TOF 技术。

在选择TOF 之后的6 个月里,vivo 在TOF 技术上投入了更大的研发精力,克服了行业内公认的温漂和精度问题,这才得以能够在本次的MWCS 上正式对外展示TOF 3D 超感应技术。

采访中,vivo 软件部门负责人刘旭东表示,「TOF 最难的是ID,如何把强大的技术和漂亮的外观做好是最难的事情。」

从vivo 在现场展示的手机上看,TOF 3D 超感应技术的硬件模块体积还比较大,不过刘旭东透露,未来的量产机将不会采用这种设计,目前vivo 内部已经做出来了体积小很多的解决方案。

今年内量产TOF,和屏幕指纹不冲突

和屏幕指纹、升降式摄像头等vivo 今年早些时候展示的技术类似,TOF 3D 超感应技术也不会是一张「PPT」,而是会很快以产品的形式和用户见面。

vivo 表示,目前TOF 3D 超感应技术已经做好了「量产的准备」,第一款搭载这项技术的vivo 手机将在今年年底前正式推出。

至于大家关心的TOF 3D 超感应技术是否会和vivo 在今年上半年主推的、已经进化到第三代的屏幕指纹技术发生冲突,vivo 软件部门负责人刘旭东在采访时也给出了他的观点。

刘旭东认为,「屏幕指纹解锁技术跟vivo TOF 3D 超感应技术从技术端来看是两个独立的技术;从消费端来看每一位用户对产品的需求是不一样的,用户对于指纹解锁还是有非常强的需求,这两个需求是不冲突的。」

至于vivo 在之后的产品上是如何搭配屏幕指纹和TOF 3D 超感应技术,我们只能等待之后推出的产品了。

可以确定的是,有了TOF 3D 超感应技术的加持,今年下半年的vivo 手机将更加值得期待。X20 Plus 屏幕、APEX 概念机、NEX 之后,vivo 的「大招」在2018 下半年还将继续下去。

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