《电子技术应用》

不止手机,3D深度感测应用潜力巨大

2018/7/8 17:47:23

自2017年苹果(Apple)推出了iPhone X开始,使用结构光原理设计的相机模组与光学元件,以及近红外光(NIR)全域快门(Global Shutter)感测器,成为了消费性产品3D感测技术的新技术标准,各手机大厂皆积极在自家产品中导入该技术。因此,预计相关市场规模将持续扩大,到了2023年有望达到185亿美元市场规模。


近日市场研究机构YoleDéveloppement发布了2018年的3D成像与感测器产业报告,Yole技术与市场首席分析师Pierre Cambou指出,尽管实现点光源与泛光照明(Flood Illumination)的VCSEL技术同时带来了高成本,但这也是超高单价的iPhone X的最大技术惊喜所在。


Yole的报告中指出,预计在2023年,3D成像与感测的全球市场规模,将从2017年的21亿美元扩大至185亿美元。在此期间,市场的年附合增长率将达到44%。该技术在消费性产品、车用、工业与其他高阶市场也都会达到10%以上的增长。随着小型化半导体的进步,3D成像与感测器将会应用在各种不同的领域,在2018年,该趋势也将会持续进行。全球的影像感测器、VCSEL、光学玻璃与相关半导体封装业者都将从中受益。


在消费性电子产业,如Oppo、小米、华为等智能手机厂商也为因应此趋势提出各种3D感测策略。而一但Android厂商的供应链到位,3D感测的导入率预估将由2018年的13.5%,在2023年时提升至55%。


然而,由于手机在AR/VR上的应用尚未成熟,因此主镜头的3D相机导入率将会因此受到限制,短期内该技术的导入将以前镜头为主。值得注意的是,该技术也将扩展至手机以外的领域,特别是消费机器人或是如医疗、工业等高阶市场。


3D感测并非苹果首创


然而,3D感测概念技术运用在智能手机并非首例。早在2014年三星旗舰机S4即导入手势辨识功能,使用者可在不触碰萤幕下,以手势操控画面往上下左右卷动。唯此技术主要仰赖前置镜头做手势动作的影像辨识,并非真实3D感测,且应用情境局限,故三星后续旗舰机种并未再沿用。


真正3D感测技术应用要回溯至2016年的Google「Project Tango」计画,主打扩增实境(AR)应用,其硬件规格即需3D感测模组,包括一颗RGB镜头、一颗深度镜头(TOF感测芯片)、一颗动态追踪镜头,以提供使用者较佳的扩增实境体验。不过,仅少数几家品牌支援,如联想PHAB2 Pro、华硕Zenfone AR等,因此未造成市场回响,Google在2018年初宣告中止计划。


若未来苹果iPhone或iPad将3D感测规格列为人脸辨识标配,在忠实客户基础上,必能带动3D感测相关零组件需求大增,刺激其他潜力深度感测应用发展,如手势辨识、3D美颜、3D彩妆、3D社交等实用性或娱乐性App。


2017年全球智能手机产业掀起全面屏风潮,从三星S8系列、LG G6系列,延续至三星Note 8、小米MIX 2、Oppo R11s plus等,正面萤幕长宽比设计都朝向18:9及逾80 %的屏占比。但这些机种为实现全面屏设计,多数将Home键指纹辨识模组移至背面,缩减正面边框的间距。而苹果iPhone X未采取背面指纹辨识设计,是在正面机身上方保留U型空间,内嵌3D感测相机模组,提供3D人脸辨识新使用体验。


目前市场推测,2018年苹果将推出三款搭载人脸辨识功能的iPhone新机,甚至iPad Pro平板也会首度采用,将使全球行动装置3D感测模组需求快速成长,2018年产值将跃升343%、达20亿美元,预估2018年下半年安卓手机阵营跟进,产值在2022年成长为46亿美元,2017年至2022年复合成长率为59%。


苹果过往iPhone推出新规格,向来有风行草偃的效果,带动安卓手机阵营跟进。唯此次苹果的3D人脸辨识技术,采用2013年收购的以色列公司PrimeSense辨识技术,搭配VCSEL结构光专利护城墙,技术领先其他竞争者一至二年,提高3D感测模组的竞争门槛。此外,苹果3D感测模组BOM成本约15至20美元,相较指纹辨识模组贵,加上关键零组件VCSEL供给有限,产能几乎被苹果绑定,是安卓阵营迟未推出3D感测手机的主因。


截至今年5月中旬,安卓阵营未推出具3D人脸辨识功能的手机,仅在2D人脸辨识功能进行强化。而正面3D感测应用若只处理手机解锁或行动支付认证,应用相对局限,苹果是否会推出其他3D创新应用以提升使用价值,值得观察。


苹果执行长库克曾表示:「和App Store、多点触控一样,AR技术必将改变世界」。苹果也在2017年的WWDC大会发表ARKit平台,要让众多开发者可透过其平台发展各种AR应用,企图复制App Store的成功经验。


目前ARKit对行动装置的硬件规格要求,仅需配置单镜头及其它感测器辅助,即能展现AR的虚实场景融合效果。但单镜头仅能撷取2D影像资讯,虽可透过影像软件演算每个像素的3D深度资讯,但有延迟性及精确度不足问题。市场推测,苹果可能在2019年将3D感测技术应用在iPhone的后置镜头,提升AR的使用体验。


AR是否会带动3D感测硬件市场商机,仍存在未定之数。Google主打ARCore系统平台,冀望降低安卓终端装置的进入门槛,利用软件演算法弥补单镜头对深度感测的不足。


但缺点是系统运算量较大、画面更新率(FPS)较低,相对影响使用的流畅性,不若苹果藉由掌握iPhone软硬件系统整合技术,提供较为一致及水准上的AR使用体验。此外,iPhone将硬件成本转嫁给消费者的能力较高,故其后续推动3D AR应用仍具有一定的优势与未来性。


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