为什么说 TOF 3D 技术是手机圈的下一个风口?丨MWCS 2018

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06-29 20:46

手机同质化的问题,爱范儿在OPPO 和 vivo 的机械美学,满足了所有人对智能手机的创新渴望》一文中就已经提到过——

是不是所有手机都要长得和 iPhone X 一个样?

但 vivo 用 NEX 这款机型来告诉你,不。

在这两年里,手机厂商在手机外观上的「创新」精力都花在了提升屏占比身上,在度过清一色的 18:9 全面屏后,跟随着 iPhone X 的脚步,19:9 的「刘海屏」也在今年内大幅普及。原因无他,提升屏占比和正面传感器这又是一个「鱼与熊掌」的问题,难以兼得的妥协下才造就了屏幕顶部那个难看的「刘海」。

但还好,作为份额排名靠前的厂商,vivo 和 OPPO 仍然有着自身的独立思考。NEX 和 Find X 的诞生,就是最好的证明。

vivo 在 MWCS 上秀肌肉已成为惯例在去年展出了「屏幕指纹识别」技术后,今年 vivo 在 MWCS 2018 的展会现场发布了「TOF 3D 超感应技术」。未来,它将为智能终端赋予广阔的应用场景,为行业探索更多可能。当前,这项技术首先为用户解决的,是让面部识别更准确、更安全。

目前已经有很多机型,只需要简单的前置摄像头,就能实现 2D 层面上的面部识别但就准确性和安全性而言,基于 2D 平面的面部识别,可以轻易被平面图像所破解要想提高安全性,还是要在硬件和技术层面上入手,将平面 2D 图像往立体 3D 图像方向进发。

TOF 是什么?为何要选择 TOF?

目前可应用在智能手机上的 3D 深度摄像有三种方案可选:双目成像、结构光、TOF

首先「双目成像」相对难以在智能手机上应用,该技术的缺点在于算法非常复杂、容易受到环境因素干扰、依赖环境光源,暗光场景表现不佳,造价成本高,微型化困难。

▲ iPhone X 上的结构光系统. 图片来自:iOS Gadget Hacks

另外,iPhone X 所领衔的 Face ID——3D 结构光技术,在可用性上已得到了验证但其高昂的成本和硕大的传感器,都与智能手机行业需要批量生产和微型化方向不符,而且容易受到强光 光照影响。

而 vivo 选择 TOF 则是一种相对稳定高效的方案TOF 是 Time Of Flight (飞行时间)的缩写,这是一项深度摄像技术测算近红外光线自发射后遇到对象后反射到传感器的时间配合恒定光速可轻易得出传感器与对象之间的距离和深度信息

▲  图片来自:Pmdtec

在投射了一整面近红外光幕后,接收反射光来计算出每个点的深度,就能还原物体表面形貌,形成 3D 立体视觉。

▲ 图片来自:GIPHY

虽然 TOF 技术早已在物流、安防、医疗乃至无人驾驶等领域大显身手,但量产应用在消费级电子产品上仍不多见。

事实上,TOF 原本就是一项快速、易于安装、简单且成本效益高的技术,相比起 3D 结构光技术来说,有着更多优势可言。

▲ 图片来自:vivo

首先是功耗和效率上的表现

TOF 在机器视觉应用中有较为广泛的应用,区别于传统相机,TOF 传感器能够直接获得深度和强度信息。由于深度信息和物体的颜色无关,光速等物理信息均为已知,因此通过相对简单的算法就可以将对象从背景当中分离出来,准确地呈现对象,同时降低了对于性能和功耗的需求。

▲ 图片来自:德州仪器

相比起结构光技术,TOF 有着更低的功耗和更快的反应速度按照 vivo 官方所述,vivo TOF 3D 超感应技术的有效深度信息点达到了 30 ,为结构光技术(Structured light)的 10 倍,成像深度更加精确细致。

▲ vivo TOF 3D 超感应技术结构示意图

除此外,TOF 摄像头体积相比结构光的组件更加小巧,无需再留出「刘海」和更多的机身内部空间获得 3D 深度摄像功能,从而达到「鱼与熊掌均可兼得」的理想效果。

毕竟,我们从 NEX 当中就可以看出,vivo 对全面屏手机的理解,仍然是「不以破坏形态的完整性为代价」

TOF 不仅是解个锁那么简单

其实 vivo 决心要研发 TOF 3D 超感应技术并不是为了解个锁那么简单,包括未来应用相同技术的智能手机,都不只是为了解锁一个功能而去用上 TOF。

▲ 图片来自:德州仪器

实际上,由于 TOF 具备有效深度信息高、工作距离远、结构布局灵活、应用场景丰富等优势,在功能上除了能提升 3D 深度摄像所带来的安全性以外,还能满足用户对于立体视觉体验的更多期待,带来更多新玩法。

得益于更低的功耗,TOF 能够在低功耗的情况下实时回传清晰准确地 3D 立体图像。以 vivo 为例的 TOF 3D 超感应技术的工作距离长达 3 米,这无形中也进一步拓展了智能手机在 AR 和 MR 的场景应用。

例如在发布会上,vivo 就举出了 TOF 方案的三个场景应用案例:3D 试衣、MR 体感游戏以及 3D 拍照这三项功能,都是 TOF 技术特性在生活场景化当中的延伸引用。

近期较为火爆的 MR 类游戏,透过 vivo TOF 技术来实现也变得简单许多把 TOF 传感器放置在玩家身前一段距离,就能实时追踪到玩家的活动状态。

同样地,映射识别用户的全身范围后,概念中的「云试衣」也能够变为现实,但要普及这项功能还需要商家和平台方面的支持才能落地。

而主打 AI 美颜的自拍功能也能借助 TOF 3D 超感应技术,来提供更加「精修」的美颜效果。首先要做的就是为用户的头部进行 3D 建模,获得了面部信息后,再通过 AI 美颜算法提供更为精细的美颜和背景虚化效果在 TOF 的加持下,调整人像光效、加入背景虚化甚至在全身美体方面,都能变得更加精准好用

回过头来看,正如每个新技术刚推出时的窘境,就目前的体验而言,vivo TOF 技术虽然在硬件方面基本完善并即将投入量产,软件端的适配和交互体验上还是刚刚起步而已。

不过所幸的是,从 vivo 在今年 MWCS 的发布会上看,vivo TOF 3D 超感应技术再次获得了微信团队的认可,成功支持微信人脸识别支付功能成为国内首家支持微信人脸识别支付的手机厂商。

虽然 vivo TOF 3D 超感光技术在 MWCS 上,是以「魔改」原型机的姿态亮相,但从以往的经验来看,vivo 在推动屏幕指纹的效率还是非常惊人的从去年的首发展示到今年多款产品的商用量产,从概念到量产中间所耗费的时间并不多,相信 TOF 也会拥有类似的节奏。

发布会后,vivo 软件部门的技术专家臧亚奎,在专访中透露,vivo 的 TOF 3D 超感应技术已经达到了可量产的状态拥有 TOF 技术的新品最快将会在今年下半年消费者见面

TOF 会引领新一轮的「军备竞赛」吗?

智能手机除了追求更好的交互体验以外,带来一些「差异化」特性,才能在线上线下市场当中,给予消费者们更深刻的印象。vivo 的「屏幕指纹识别」和「零界全面屏」就是很好的例子,为智能手机行业引入了不一样的东西

如今,vivo 的屏幕指纹技术已经发展到第三代,识别速度和准确率趋向成熟,不但 vivo 旗下已有多款产品搭载了这项技术,当下其他厂商也开始逐步跟进屏下指纹,以提升自家全面屏产品的竞争力。

而围绕面部识别功能,从 2D 平面化转向 3D 立体应该是大势所趋的表现。vivo 选择 TOF 为 3D 视觉领域的到来提前布局,可以算得上又是一次大胆的尝试,试图避开 iPhone 已经走过的路,并寻找更优解决方案,这样激进的举动对于 vivo 和看客来说并不陌生。

至于结构光和 TOF 这两种方案,究竟哪一种更适用于消费级智能手机市场?那就要看下半年 vivo 发布量产新品后,由市场和消费者去进行判断了。

诚然,消费者的需求已经非常明显,他们不但想要差异化个性化的产品,而且还希望拥有提升体验效率的表现。由此可见,继屏幕指纹之后,3D 面部识别技术或许也将引起智能手机新一轮的「技术博弈」。

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