这家中国独角兽打破了安卓阵营 3D 传感落后苹果一年以上

shuszhao · 发表于 2018-7-22 09:27:46

打从去年苹果 iPhone X 问世，提供 Face ID 人脸解锁的 3D 立体影像感测技术，就成了大热门，直到近几个月安卓阵营包括小米、OPPO 也终于跟上，发布了支持 3D 传感的产品。小米抢在 5 月公布了一款小米 8 透明探索版，强调是安卓阵营第一款 3D 传感手机，使用以色列公司 Mantis Vision 的 3D 编码结构光方案、奥地利公司 AMS 则提供红外光（IR）垂直腔面发射雷射器（VCSEL）阵列等，有网友放上开售的海报照片，显示将在 7 月 24 人开卖，一度遭网友讪笑是“PPT 造机”，反倒让 OPPO Find X 后发先至，抢了开卖的先机。
其实 Find X 一亮相就获得高度关注，除了机构设计有创意，采用双轨潜望结构，也就是可升降摄像头，意外扯出“照妖镜”趣闻之外，这支手机更像是汇集了近年来中国独角兽们技术之大成，像是商汤的 2 个 AI 技术：人脸 3D 重建和前置 3D 虚化，旷视 Face++ 的人脸识别应用，但在进行人脸识别之前，如何通过光学的手段获取信息，并将这些原始的数据处理成带有深度、距离的三维信息，靠的是 3D 传感硬件方案来实现，则是出自于一家位于深圳、低调的独脚兽公司“奥比中光”之手。

中国第一个实现 3D 传感模组量产的公司

早在去年 iPhone X 问世时，苹果供应链就已经传出，苹果与关键元件 VCSEL 供应商 Lumentum 签有一纸专利协议，在专利高墙的保护下，其他公司很难绕过苹果设下的门槛而使用类似的方案，知名的法国调研机构 Yole Developpement 的 MEMS 与成像技术研究主管 Pierre Cambou 就曾表示，苹果 TrueDepth 摄像机技术设立了高门槛，预计其他竞争对手可能需要超过 1 年时间才能提供可匹敌 iPhone X 的 3D 传感技术。
不过，这个诅咒已经被打破，OPPO Find X 于日前正式销售，让安卓阵营量产的时间提前了不少，身为供应商的奥比中光也在这一波 3D 传感浪潮中一战成名，让国内的手机公司能够在一年之内就推出实现 3D 传感的手机，断了苹果专美于前的路，更值得注意的是，在 3D 传感领域有三大巨头公司：苹果、微软以及英特尔，奥比中光作为中国第一个实现 3D 感测模组（光学镜头＋发射器＋ ASIC 芯片）量产的公司，带来关键零部件国产化的行业意义。

3D 感测技术方向

先简单科普一下，目前 3D 传感有三个常听闻的技术方法：
立体视觉（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。
飞时测距（ToF，Time of Flight），亦有人称飞行时间法：利用 LED、雷射二极体（LD）打出光源，照射到物体后光反弹回来，由于光速已知，所以能用红外光感测器量测反弹回来的时间，进而算出物体的距离。
另一个就是当今的主流的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。
不论是从苹果或 OPPO 所公开的结构，都可以看到使用了红外光摄像头、点阵投影器（Dot Projector），其中点阵投影器有几个关键元件，如 VCSEL 、绕射光学元件（DOE）、晶圆级光学元件（WLO），WLO 又包括扩束组件、准直组件和投射透镜，进而产生出数万个“结构光点”，例如苹果打出大约 3 万个光点到用户的脸上，而 OPPO 则打出 1.5 万个光点。

图｜苹果 TrueDepth 相机结构

图｜OPPO 相机结构
奥比中光副总裁陈挚接受 DT 君采访时指出，在 3D 传感领域，很难有单一技术可以满足所有的场景需求，在不同的地方就会使用不一样技术，因此奥比中光在各种技术都有投入研发。但是，为什么手机最先使用结构光技术？主要在于技术成熟度、核心元器件的制造以及技术产生的效果。举例来说，“结构光具有高分辨率、高帧率的优势，现阶段 ToF 则有分辩率较低、成本较高，量产可能性还没有准备好，”他说。
由于手机人脸扫描需要高清度的识别，但目前 ToF 模组普遍的分辨率是 224X171，相较于结构光的 1280X800 有一大段差距，不过，ToF 仍有优点，不易受到背景强光的影响，故在户外环境表现较好。

绕开巨头专利凭本事

令外界好奇的是，在手机 3D 传感器实现大规模量产，当时就只有苹果一家，奥比中光是怎么做到安卓领域的第一、也是目前唯一的一家？简单来说，只有一件事——绕开苹果的专利。
大家应该都知道行业潜规则，想要跟苹果做生意，供应商很多时候都得遵守“排他”条款，技术不能给其他厂商使用，或者是某些型号的元件不能供货他人，但是 3D 感测技术较新颖且复杂，不像其他零组件有许多厂家能选择，可以供应 3D 传感关键零组件的厂商就少数几家，很难避免没有重合的部分，因此，如何回避苹果专利就得凭本事。
陈挚表示，作为 3D 感测模组公司，我们知道需要什么元器件、怎样的规格，“从光学镜头＋发射器＋ ASIC 芯片，都是我们自己设计”，一是在光学原理及技术设计找到突破口，以避开苹果的专利，二是同时做技术创新，以达到在性能上与对手旗鼓相当。
从技术概念来说，结构光是一项复杂的技术，涉及光学设计、整体系统的优化，算法又会与芯片有连动。把一个你设计好的一个 Pattern（光源结构）投射出去，接触到外面的物体，反应了之后接收回来，再通过一些软件计算提取出深度。
这个 Pattern 可以说是各家比谁的方案比较强的重要关键！虽说结构光原理相通，但各业者都有自己的方式，设计出的 Pattern 也不尽相同，“这块可以是说专利里面很重要的一个范围”，每一家设计 Pattern 都有自己的方法，所以就看怎么设计、光学上怎么实现这个 Pattern，都会影响产生的效果。奥比中光在 3D 传感领域已申请专利近 400 件，这也是能够与苹果、微软等巨头展开竞争的一个关键。

OPPO 项目的挑战

为了实现 OPPO 这个项目可以分为三部分来谈，一是光学技术突破，毕竟 TrueDepth、Face ID 只有苹果自己知道怎么做，而结构光从过去大的东西做到小的东西，放在手机里，不光是数量级的问题，在全面屏的要求下，留给元件的空间越来越小，所以光学设计、激光衍射元件等核心元器件的设计，以及有了这些东西之后，模组怎么生产等，都是当初得克服的挑战。
二是手机上的应用，比如温度的变化是否会影响性能，手机摔了一下是否影响稳定性？如何维持性能、以及温度和结构的稳定性，都必须满足手机客户的要求。
第三部分则是算法，陈挚表示，有些难题要从算法上克服掉，硬件上面的算法会转化到芯片，所以“我们设计了专门给手机使用的 ASIC 芯片，由此独立芯片来支撑 3D 传感的工作”。像是奥比中光就专门有团队做芯片开发。他进一步解释，3D 传感使用的深度获取算法是属于光学测量领域，将其固化在芯片里，可以降低感测的功耗，维持手机的续航能力，同时还能通过此法提高手机的适配性。

前置有了 3D 传感，开始玩后置

现阶段看来，结构光方案暂时取得上风，但未来 ToF 阵营也不断努力，像是 vivo 就宣称看好 ToF 方案，并在今年世界移动通信大会（MWC）上展示了 ToF 3D 传感技术，宣称有效深度信息点与工作距离分别比结构光高了 10 倍和 3 倍，并可能在今年底推出。
陈挚认为，上述 3 种技术并不是完全隔离，可能会有融合应用如结构光＋立体视觉。另外“TOF 也是一个非常大方向”。目前手机“前置摄像头”大部分是采用结构光方案，3D 传感进入手机必定是大势所趋，它会赋予手机越来越多功能，所以前置有了之后，“后置摄像头”会在未来的某个时间出现。
“后置的 3D 传感就是意味着各种各样东西都可以进行扫描”，像是扫描房子、人体，帮助你去买家具、买衣服买鞋，同时帮助与 AR 做更多的结合，因此技术上得满足更多的需求，比如测量距离、使用场景的抗光、抗强光等，在这些情况下，ToF 有可能会更多参与到手机里，“后置很可能就是 ToF”，不过后置应用可能需要再过1～2 年时间，届时技术本身也会进化。
市场盛传苹果将在两个月后登场的年度最重要发布会上，让 Face ID 走入 iPhone 全系列机种，甚至连平板 iPad 也支持，随着苹果让人脸识别普及，不再是旗舰机种独有的功能，势必会带给安卓阵营更多的压力。预计今年年底到明年初 3D 传感手机将开始会渗透到主流机种，3D 传感商机也跟着大爆发。因此除了 OPPO 之外，预计奥比中光的方案也可能会在今年底其他品牌的机型上落地。

图｜奥比中光 CEO 黄源浩

成立 3 年获利，又遇上了 3D 传感大潮

尽管现在 3D 感测大热，但在去年苹果推出 iPhone X 之前，手机行业对此技术并没有太多兴趣，陈挚回忆，“之前其实手机厂商都不太能接受这个东西，认为这个东西真的会用、这个东西靠谱？觉得太早了。一直到 2017 年下半年，明显感受到手机厂商态度转变，从观望变成非常进取。”
不过，奥比中光从 2015 年底开始投入手机摄像头的研发布局，隔年他们从行业、供应链的动态、消息里感受到有一家公司正在准备做一件大事，预测很可能是苹果要把 3D 感测放到 iPhone 里，意识到手机领域将发生大事，并且投入手机前置 3D 摄像头模组 Astra P 方案，也因为意识跟布局得早，是奥比中光能快速让技术量产、落地的原因。
而 2013 年可说是 3D 传感领域关键的一年，苹果在 2013 年收购了曾与微软一起合作制造第一代 Kinect 设备的以色列公司 PrimeSense，当时大家以为苹果为了 Apple TV 布局，结果是在 iPhone X 上大展拳脚。同年，奥比中光创始人黄源浩在深圳一间 260 平方米的办公室开始创业，师承麻省理工学院机械工程学系教授 George Barbastathis 的他，一直专注 3D 光学测量领域。
最初，奥比中光从工业领域切入，像是三维动态测量系统、工厂里零部件及整机的逆向工程和质量检测等，之后转向消费产品及机器人，包括与电视厂商跟盒子厂商搭配销售一个类似微软 Kinect 的 3D 传感摄像头。在商场的服务机器人，目前全球的机器人公司 70％以上与奥比中光有合作，在国内的服务型机器人领域，有 90％的企业使用奥比中光的 3D 结构光摄像头，可实现机器人自主导航（VSLAM）、避障、防跌落、自主跟随等功能。
2016 年奥比中光从英特尔 RealSense 手上抢下了惠普多功能计算机的订单，用户把一个物体放在该计算机的摄像头前，就能立刻 3D 扫描出该物体。奥比中光也在 2016 年开始获利。随着各种刷脸应用在国内蔚为风潮，不论是手机还是通路的刷脸支付，近一步把奥比中光推上了这一波 3D 识别的风口，今年 5 月完成由蚂蚁金服领投、超过 2 亿美元 D 轮的融资后，目前估值来到了 13 亿美元，因此，手机领域和实体通路的 3D 成像应用如刷脸支付、试衣购物，是从现在到未来几年重点推进的领域。

图｜奥比中光副总裁陈挚
除了蚂蚁金服，IC 设计公司联发科也是奥比中光的股东，在今年 MWC 上，联发科以自家的 P 系列晶片平台搭配奥比中光的 Astra P，以能提供完整适配为卖点向客户推广，不过，竞争对手肯定会越来越多，市场不可能一家独吃，例如高通与奇景（Himax）合作开发类似苹果 PrimeSense 采用的 Light Coding 结构光技术，已宣布量产跟出货，据传小米将率先导入。对于高通阵营的来势汹汹，陈挚倒是显得相当冷静，“竞争肯定会越来越激烈，就看怎么在这个竞争中去占住这个先机吧，初创公司一定得跑得快，”他说。
在奥比中光办公室里，可以看到会议室、房间都贴了名字：盘丝洞、大雷音寺等，都是出自经典著作《西游记》，其中黄源浩的办公室外写着“东土大唐”，命名的灵感来自创业的过程就像唐三藏取经一路艰辛、难关重重，3D 传感一致被看好是未来的趋势，但势必也会有许多竞争者出现，奥比中光在这场竞赛取得后发先至的成绩，能否在未来的 1～2 年快速攻城掠地将是关键。