芯智訊
去年9月13日，蘋果推出了擁有多項重大升級的iPhone X，除了異形切割的“劉海屏“之外，最為引人關注的還是其首次搭載了基於結構光技術的3D sensing模組，實現了3D人臉識別，並以Face ID徹底取代了Touch ID指紋識別。由此也徹底引爆了3D感測市場。
國產手機廠商也紛紛對於iPhone X掀起了一股“學習”熱潮。雖然現在包括華為在內的眾多國產手機廠商都紛紛推出了與iPhone X類似的劉海屏，而且也有非常多的手機廠商推出了支持人臉識別的手機，但是基本都是基於2D/2.5D感測技術的，而到目前為止還沒有任何一家國產手機廠商有推出真正支持3D感測的智能手機。不過，華為、小米、OPPO等廠商都在積極的推動。
此前凱基證券分析師郭明池也曾表示，蘋果的3D感測技術已經領先安卓陣營至少一年。另外，今年年初，郭明池還透露安卓陣營中，華為將第一個用上類似蘋果的3D結構光模組，時間點要等到2019年。
不過，令人意外的是，OPPO似乎是要搶先在華為、小米之前推出基於3D感測技術的智能手機。
OPPO公佈3D感測進展
2018年5月10日，OPPO在深圳舉行“5G&3D結構光技術媒體溝通會”，正式公佈了其基於結構光的3D感測技術的進展。
在本次媒體溝通會上，OPPO介紹了其在3D結構光+5G的應用方面的探索。
相比傳統的2D面部識別，OPPO的3D結構光技術可更好的應用於安全支付、三圍重建、AR、遊戲等眾多場景。
OPPO表示，特別是在對於安全性要求較高的支付領域，其3D結構光技術可基於深度學習的人臉智能識別算法能快速從輸入的人臉紅外特徵信息與深度信息中提取個人的安全識別特徵。安全特徵具有10000+維度信息，可以保證達到百萬分之一的精度，算法將此安全信息與錄入時安全信息進行匹配決定是否安全認證通過。
在用戶比較關注的美顏方面，通過3D結構光技術還可實現3D美顏。通過結構光深度相機將3D人像還原出來，然後基於高精度的3D人臉信息進行更細緻的磨皮、美白、大眼、瘦臉，使得人像更加立體自然。
此外，利用3D結構光技術還可以對人臉進行更精確的3D重建，並模擬影棚燈光進行3D補光渲染，可以拍出更出色的照片，後期處理也有更多的空間。
在3D結構光+5G的應用方面，OPPO認為3D視頻通話是一個比較好的場景，由於3D視頻流數據量較高，所以與5G網絡是非常好的搭配。
另外，在3D結構光技術還可以帶來3D AR、3D遊戲等更豐富的體驗。
在溝通會現場，OPPO 也演示了3款DEMO，分別包括5G下載速率，3D生物識別，以及3D視頻建模。
現場展示的3D人臉識別的DEMO，識別解鎖速度非常快。
據OPPO介紹，其3D人臉識別已經具備量產條件，預計在未來6個月內推出相應終端產品。
為什麼都選擇3D結構光技術？
目前，可以應用在智能手機端的3D感測技術主要有有“飛行時間”（Time of Flight）和“結構光”（Structured Light）兩大類。
飛行時間與結構光技術原理
所謂飛行時間技術，就是傳感器發出經調製的近紅外光，遇物體後反射，隨後傳感器通過計算光線發射和反射時間差或相位差來換算被拍攝景物的距離，以產生深度信息；此外再結合傳統的相機拍攝，從而將物體的三維輪廓以不同顏色代表不同距離的地形圖方式呈現出來。此前被聯想和谷歌極為重視的Project Tango手機使用的就是 ToF 技術。
“結構光”（Structured Light），就是將近紅外激光器發出的光柵或線光源等投射到被測物上，再由近紅外攝像頭採集返回的信號，根據物體產生的光信號的變化來計算出被測物的三維信息。這其中近紅外激光發射器和近紅外攝像頭之間的距離則為三角測距的基線。
由於兩種技術都是採用的紅外光，所以即使在夜間也能夠使用。
從上面這張對比圖上我們可以看到，TOF技術具有響應時間更快，低光下表現良好，強光下表現尚可，深度信息精確度高、識別距離遠等優勢，但是其也有著分辨率底、成本高、功耗高的劣勢。
而結構光優勢則在於低光下表現良好，分辨率更高，成本、功耗適中，主要缺點是易受陽光影響，識別距離短，相應時間稍慢的缺點。
但是如果只是用於智能手機的前置3D感測系統，進行人臉識別/解鎖 和人臉建模等，結構光技術應該是要比TOF技術更有優勢。
因為通過智能手機的前置3D系統來進行面部識別這種應用場景本身識別的距離就很近，所以不存在需要支持更遠的識別距離的問題。另外結構光相比TOF技術，短距離的精度更高，也更適合用在手機前置攝像頭上。而且其分辨率、相應時間已經足以應對手機端面部識別的需求（採用TOF技術的Project Tango手機是後置3D系統，其作用也不是主要用於面部識別/解鎖）。
另外，就兩種技術所產生的深度圖來看，TOF深度圖會存在多重反射產生的噪音、邊緣精細度過低、時域濾波導致滯後等問題。而結構光的深度圖則只有邊界線清晰度略低的問題。
最後，由於是用在智能手機這樣的消費類移動設備上，所以成本、功耗也都是需要考慮的因素。
所以總的來說，如果是手機前置3D面部識別系統，結構光技術相比TOF技術更具優勢。這也是為何蘋果、OPPO、華為、小米等廠商都選擇3D結構光技術的主要原因。
3D結構光模組的關鍵器件
3D結構光模組當中的結構光發射器（即iPhone X上的Dot projector）是整個模組當中最為核心的關鍵器件。
而結構光發射器當中又包含了光學衍射元件（DOE）、準直鏡頭（WLO）和VCSEL（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，垂直共振腔表面放射激光）等關鍵元器件。
準直鏡頭（WLO）是利用光的折射原理，將波瓣較寬的衍射圖案校準匯聚為窄波瓣的近似平行光。光學衍射元件（DOE）是利用光的衍射原理，將點光源轉換為散斑圖案。
結構光發射器原理就是VCSEL發出940nm點激光之後，通過WLO準直鏡頭校準為線性激光，然後線性激光照射在DOE上發生衍射，形成近千個具備調製信息的光斑。這其中VCSEL可以說是最為核心的關鍵器件。iPhoneX中就使用了三顆VCSEL芯片。
目前，具有VCSEL芯片設計能力的公司，全球只有少數幾家，例如Lumentum、Finisar、Princeton Optronics（已被ams艾邁斯半導體收購）、Heptagon、ⅡⅥ等公司，並且大都是從光通信芯片領域，轉型到消費電子市場的。
根據資料顯示，目前Lumentum是iPhone X的VCSEL芯片的主要供應商，而Finisar是第二大供應商，艾邁斯半導體則是第三家供應商。
雖然國內廠商在VCSEL這塊起步相對較晚，目前光通信芯片企業光訊科技和華芯半導體都已具備了VCSEL芯片量產能力，華工科技的子公司華工正源也很有潛力，但目前這幾家公司的主要精力還是放在光通信領域。另外，三安光電在2016年也切入了VCSEL產業。國內初創企業縱慧光電也正在開發並批量試產VCSEL。但是，到目前為止，國內尚無一家擁有針對移動端3D感測市場的VCSEL芯片量產能力的企業。
在VCSEL設計和芯片代工方面，臺灣廠商也具有一定的優勢。比如在上游方面，全新、聯亞與光環科技都積澱了十五年的外延與芯片技術，LED大廠晶電也早做了佈局。芯片製造方面，Lumentum的代工訂單是交給了穩懋，宏捷科技則拿下了Princeton Optronics的代工訂單。封裝方面，臺灣也累積了長久的精密封裝實力，目前聯鈞、華信、華星、光環、矽品與同欣都是有實力可以達到世界大廠要求的封裝技術。此外，長期專注VCSEL技術與產品的公司華立捷，更是具有上中下游垂直整合的實力，也是目前在VCSEL模組上可以跟國際大廠競爭的公司。
最後需要補充的是，ams近年來通過自主研發以及一些列的收購，目前已經擁有了包括VCSEL、WLO、DOE等關鍵器件在內的全套的光學傳感器解決方案（而且還有TOF的方案）。ams也是蘋果iPhone X的WLO 鏡頭主要供應商。
3D感測模組供應商
介紹完了核心器件，我們再來介紹一下3D感測模組的主要供應商，由於廠商較多，所以下面我們就主要介紹幾家能夠提供手機端/移動端3D感測模組的廠商。
1、LG Innotek
眾所周知，蘋果iPhone X的3D感測模組主要是由LG旗下的電子零部件製造商LG Innotek供應的。根據LG Innotek的審計報告顯示，其2017年的銷售額中的37.6億美元是來自向蘋果公司供應提供基板材料和光學解決方案，佔其2017年銷售總額71.9億美元的一半以上(52.5%)，而2016年蘋果的銷售額的佔比僅36.9%。
2、高通+Himax：小米7或將首發採用
去年下半年，高通宣佈其下一代驍龍處理器（預計今年12月公佈）將支持紅外3D感知技術，並且聯合Himax（奇景光電）推出了三款基於Qualcomm Spectra ISP技術的攝像頭模塊項目，其中就一款是就是基於結構光3D感測技術的攝像頭模組。由高通提供算法技術，奇景提供模組。
高通與奇景的這款3D感測模組則採用的是與iPhone X類似的結構光技術，由紅外發光器、紅外攝像頭以及一個RGB 攝像頭（據說有1600萬像素、2000萬像素兩個版本）組成。通過紅外發光器發射出一束光，形成光斑，再通過IR 攝像頭讀取該圖案，並對點狀圖在物體上發生的扭曲、以及點與點之間的距離進行計算，再加上RGB圖像，結合起來就構成了一個3D模型。
根據最新的消息顯示，高通與奇景的這款3D感測模組有望將在今年上半年量產。此外，高通似乎還與信利也進行了合作。而傳聞中的小米7或將首發搭載。但是有消息稱，因高通的軟件調適進度落後，臉部識別成功率偏低，小米搭載3D臉部識別功能的機型可能將延至第三季推出。這個進度要比OPPO更快。
所以，從時間上來看，如果一切順利的話，小米將會在第三季度推出搭載3D感測的手機，成為首家商用3D感測技術的國產智能手機廠商。
另外需要指出的是，雖然高通+奇景的3D感測方案是目前安卓陣營當中相對更為成熟的方案（其內部的DOE/WLO等多個核心器件都是基於奇景的自有技術），但是受限於需要採用高通的驍龍845芯片或者更新一代的芯片，所以三星、華為等廠商的旗艦手機可能不會直接採用，而是更為傾向於開發自己的3D算法。去年年底，華為榮耀還推出了一款外接式3D感測模組——點雲深度攝像頭，該模組由舜宇供應。
3、奧比中光：OPPO或將首發採用
奧比中光是國內比較知名的一家3D感測模組廠商，他們從從2015年便開始研發3D結構光的手機方案，去年就推出了針對智能手機的前置3D人臉識別結構光攝像頭模組方案——Astra P。
奧比中光Astra P模組 芯智訊拍攝於2017年高交會現場
資料顯示，奧比中光的Astra P的IR尺寸為7.4*7.4*4.8mm，LDM尺寸為5.1*5.1*4.55mm，深度範圍:0.2—1.5m，深度圖像分辨率可達1280×800@30fps、640×400@90fps、320×200@120fps，精度可達0.7m：±1-3mm，深度FOV D78°，支持Android和Win10系統，模組功耗小於0.5w。
從奧比中光近期公佈的與蘋果iPhone X的3D感測對比結果來看，奧比中光的3D感測模組已經達到了接近iPhone X的水平。
據芯智訊的瞭解，此次OPPO發佈的3D結構光技術就是採用的奧比中光的方案。也就是說，OPPO即將推出的搭載3D結構光技術的智能手機採用的就是奧比中光的Astra P模組。另外需要補充的是，奧比中光主要是提供模組，算法則是來自於第三方。
4、舜宇
作為國內手機鏡頭的最大供應商，舜宇在光學領域擁有非常強的技術實力。根據韓國媒體《etnews》的報導，韓國三星Galaxy S9的前置攝像頭就採用了舜宇所生產的光學鏡頭，這也是中國的光學廠商首次打入三星高端智能手機的供應鏈。
去年11月，舜宇就與蘋果iPhone X的3D傳感器供應商之一的ams（艾邁斯半導體）公司達成合作，雙方將結合各自在光學傳感和成像領域的技術優勢，為移動設備和汽車應用聯合開發並市場化3D結構光傳感攝像頭解決方案。正如我們前面所介紹的，ams擁有全套的光學傳感器解決方案。
另外，今年年初，舜宇子公司寧波舜宇光電信息有限公司還宣佈與3D感測技術廠商pmd technologies（以下簡稱pmd）達成合作，將聯合為中國及全球的移動設備OEM廠商，開發並市場化3D傳感攝像頭解決方案。
需要指出的是，pmd是全球唯一將深度傳感器成功植入手機的ToF技術提供商（全球首款配備3D攝像頭的聯想Phab 2 Pro採用的就是pmd的技術）。在今年的CES2018展會上，首次展示了其最新的3D圖像傳感器IRS238XC，同時展示了基於此傳感器的全球最小3D攝像頭模組，尺寸僅為12 mm x 8 mm，它將使TOF深度傳感3D攝像頭變得更加易於集成。
對於雙方的合作，pmd將提供3D圖像傳感器（主要是IRS238XC），以及專有技術實現成本優化、堅實且高性能的3D攝像頭設計，包括校準和軟件專有技術，舜宇則將提供在3D攝像頭模組規模量產方面的專有技術，實現更經濟、更快速、更穩定的產品製造。
顯然通過與ams和pmd的合作，舜宇將擁有TOF及結構光兩種技術的3D攝像頭模組的供應能力。
去年11月底，華為榮耀推出了一款外掛式3D結構光配件——點雲深度攝像頭就是基於舜宇的3D結構光模組。舜宇提供了包括光學設計、結構設計、ID設計、圖像處理等嵌入式軟件系統開發在內的一整套解決方案，其內部代號為Jupiter X。
雖然華為榮耀和舜宇都並未詳細介紹這款點雲深度攝像頭的結構，不過根據現有的資料可以看出，其採用了與蘋果iPhone X的3D感測模組類似的結構。其點陣發射器可以發射出30萬的散板點陣，可以支持3D人臉建模和3D人臉識別。在400ms內即可完成3D人臉識別，3D建模只需10秒，建模精度可以達到亞毫米級。
不過需要強調的是，從目前公開的消息來看，舜宇似乎還無法提可以集成在智能手機內部3D結構光模組。
5、華捷艾米
華捷艾米也是比較知名的3D感測技術廠商。公司的主要產品有：3D結構光，包括雙目結構光硬件方案；AR/AI算法； AR/AI芯片。
資料顯示，華捷艾米的1180 3D感應芯片可以實時處理 3D 測量和圖像深度，並已經開始量產。同時，華捷艾米的RGB-D光學模組已經開始量產，能夠與機頂盒、機器人和遊戲機等設備實現模組型開發。近期海爾推出的一款機器人就採用了華捷艾米的3D感測模組。
華捷艾米還針對智能手機推出了小型化的模組，目前正在進行批量化生產技術研發。
據說在與iPhone X的對比測試中，華捷艾米也做到了與之相近的效果。
另外，華捷艾米的SDK 支持安卓、Linux、Windows 和 Unity3D 平臺。它可以識別手勢、重組物體和進行 3D 建模。運動感應設備採用先進和骨架技術，適用於大眾市場的商業設備。
小結：
除了以上介紹的廠商之外，還有很多的3D感測方案供應商，比如英特爾也有3D感測模組realsense 3D，國內的還有未動科技、圖漾科技等，但是目前這些廠商的產品都無法應用於智能手機平臺。
終端廠商方面，從目前的情況來看，華為、小米、OPPO都在積極的推動3D感測在自家智能手機當中的應用，從時間進度上來看，選擇採用高通和奇景方案的小米，以及採用奧比中光方案的OPPO可能會更快一些。相比之下，另一家手機大廠vivo則更多的下注於屏下指紋，並且旗下已經有兩款手機成功商用。而其他的手機廠商目前可能還是處於觀望狀態，到底是選擇跟進屏下指紋還是3D感測還有待市場進一步反饋。
