人類有83%的信息是通過(guò)眼睛獲得的。我們所在的三維空間包含了三個(gè)維度的視覺(jué)信息，人類的雙眼在記錄了二維信息后，由大腦根據(jù)其連續(xù)變化在巨量運(yùn)算后推導(dǎo)出第三維深度視覺(jué)信息。那么AI呢？很遺憾傳統(tǒng)2D攝像頭即使在記錄二維信息時(shí)依然有斷檔，最先進(jìn)的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)芯片此時(shí)在人腦面前不值一提，因此3D攝像頭應(yīng)運(yùn)而生。

　　3D攝像頭，即記錄三維信息的攝像頭。目前的主要技術(shù)方案包括：結(jié)構(gòu)光（structure light）方案，光飛時(shí)間（TOF）方案，雙攝（或多攝）方案。前兩者是主動(dòng)式探測(cè)方案，即主動(dòng)發(fā)射探測(cè)信號(hào)根據(jù)信號(hào)變化判斷被探測(cè)物；后者是被動(dòng)式探測(cè)方案，即直接對(duì)被探測(cè)物發(fā)射的信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)。下圖是三種方案的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖：

　　隨著Apple 率先推出跨時(shí)代產(chǎn)品Face ID ，其采用的結(jié)構(gòu)光方案正處于爆發(fā)性成長(zhǎng)階段。結(jié)構(gòu)光方案的本質(zhì)是運(yùn)用探測(cè)信號(hào)彌補(bǔ)2D攝像頭接收信號(hào)時(shí)的缺失，然后推導(dǎo)出深度信息。目前的結(jié)構(gòu)光方案基本為“散斑結(jié)構(gòu)光“，光源經(jīng)DOE光柵衍射后（理論上在空間中的任意一點(diǎn)不會(huì)產(chǎn)生相同的點(diǎn)陣），根據(jù)反射點(diǎn)陣可以判斷反射位置的相對(duì)空間坐標(biāo)，將所有反射位置連接，從而得出物體的三維結(jié)構(gòu)。

iPhone X 結(jié)構(gòu)光方案

 iPhone X 結(jié)構(gòu)光點(diǎn)陣

　　早已在手機(jī)前置距離傳感器與后置激光對(duì)焦上大規(guī)模的使用，其大規(guī)模爆發(fā)的時(shí)機(jī)基本可以確定為手機(jī)端AR功能的爆發(fā)。提到移動(dòng)AR就不得不提谷歌的Tango項(xiàng)目，Tango雖然已經(jīng)暫停但是其提出的三大理念-運(yùn)動(dòng)追蹤，區(qū)域?qū)W習(xí)，深度感知基本包含了AR技術(shù)的核心。這里面的深度感知部分就是由TOF攝像頭負(fù)責(zé)。TOF即根據(jù)發(fā)射光與反射光的時(shí)間差就算距離，但是短距離時(shí)反射時(shí)間將會(huì)到10-12級(jí)，如何保證精度一直是困擾業(yè)界多年的難題。幸運(yùn)的是，隨著半導(dǎo)體行業(yè)的發(fā)展計(jì)算力的提高以及新的計(jì)算方法的提出，目前TOF方案已經(jīng)逐漸開始進(jìn)行大規(guī)模商業(yè)應(yīng)用，預(yù)計(jì)2019年將猛烈爆發(fā)。

 TOF 示意圖

Tango 手機(jī) 聯(lián)想Phab 2 Pro

　　之所以放到最后，是因?yàn)橐怨P者的觀點(diǎn)看，雙目方案在移動(dòng)端的大規(guī)模應(yīng)用目前處在一個(gè)非常尷尬的地位。后置雙攝已經(jīng)成為了中高端手機(jī)的標(biāo)配。在光學(xué)與結(jié)構(gòu)層別，幾乎與傳統(tǒng)2D攝像頭沒(méi)有任何區(qū)別，也是最像人類空間識(shí)別模式的方案，所以被最早應(yīng)用于背景虛化。背景虛化最難的是主體與邊緣的分離，如果是有了深度信息，運(yùn)算的難度就大大降低了，所以雙攝手機(jī)人像模式背景虛化效果比美圖秀秀要好。之后隨著芯片運(yùn)算能力的提升與攝像頭sensor寬容度的提升，我們發(fā)現(xiàn)好像僅用雙攝就可以實(shí)現(xiàn)AR 功能了，蘋果用iPhone X 為我們展示的AR Kit效果著實(shí)讓人驚艷。但是就像文章開頭所提到信息的斷檔與巨量的運(yùn)算極大的限制了它的發(fā)展前景，導(dǎo)致了一定精度的前提下它的識(shí)別距離非常有限，同時(shí)如果物體的顏色與紋理對(duì)比度不大，甚至沒(méi)有辦法推算深度信息（著名的自動(dòng)駕駛第一撞，白色貨車沒(méi)有和天空分離）。因此雙目3D攝像頭方案后續(xù)在移動(dòng)端很難大規(guī)模推廣，目前最火的是做手勢(shì)識(shí)別配件的Leap Motion 但是控制距離也只有60cm。

手機(jī)雙攝模組

Leap Motion手勢(shì)識(shí)別控制器

　　對(duì)三種3D攝像頭方案分析，目前手機(jī)3D攝像頭方案業(yè)界已經(jīng)基本形成了共識(shí)（或者說(shuō)大家都覺(jué)得蘋果就打算這么做），前置攝像頭采用結(jié)構(gòu)光方案，后置攝像頭采用TOF方案。前置Face ID 與后置AR 這兩大應(yīng)用將推進(jìn)3D攝像頭的飛速發(fā)展，在后續(xù)的文章中筆者會(huì)針對(duì)這兩大技術(shù)方案進(jìn)行更深度的分享。