เทคโนโลยีภาพ 3 มิติแบบสมาร์ทโฟน

1, iPhone X เปิดศักราชใหม่ของการถ่ายภาพ 3 มิติ

Face ID เป็นจุดเด่นของ iPhone X การถ่ายภาพ 3D ทำให้เกิดความสนใจเป็นประวัติการณ์

ปีนี้ทุกคนประทับใจมากที่สุดโดยใช้วิธีตรวจสอบตัวตนใหม่ของ iPhone X คือ Face ID ซึ่งเป็นจุดขายที่สำคัญของ iPhone X ผู้ใช้เพียงต้องการดูโทรศัพท์เพื่อปลดล็อกใบหน้า รหัส Face ID ของ iPhone X แตกต่างจากการจดจำใบหน้าทั่วไปการเพิ่มข้อมูลเชิงลึกลงไปทำให้การรับรองความเป็นตัวตนมีความปลอดภัยมากขึ้น

Face ID เสร็จสมบูรณ์โดยพื้นที่ขนาดเล็กที่ด้านบนของ iPhone X ซึ่งไม่ได้รับการคุ้มครองโดยหน้าจอ บริเวณนี้รวม 8 ส่วน ได้แก่ ไมโครโฟนลำโพงเลนส์ด้านหน้าเซ็นเซอร์วัดแสงรอบตัวเซ็นเซอร์ระยะทางเลนส์อินฟราเรดธาตุน้ำท่วมเครื่องฉายภาพแบบจุดเป็นต้น Apple เรียกระบบทั้งระบบ True Depth Camera System และระบบทั้งหมดสามารถทำได้ ใช้สำหรับการตรวจสอบ Face ID face เท่านั้น แต่ยังใช้สำหรับการจับเวลาและ AR effects

เทคโนโลยีการถ่ายภาพ 3D ใช้เครื่องส่งสัญญาณและโมดูลรับสัญญาณอินฟราเรดเพื่อรับข้อมูลเชิงลึกเช่นตำแหน่งและรายละเอียดของวัตถุที่ถ่ายภาพและคืนค่าฉากจริงได้อย่างแท้จริง ในปัจจุบันมีสามวิธีหลักในการตระหนักคือ (1) แสงโครงสร้างแบบตาข้างเดียวในนามของ บริษัท มี Apple (การซื้อกิจการของ บริษัท เทคโนโลยีแสงที่ใหญ่ที่สุด Prime Sense), Microsoft Kinect-1, Intel RealSense, Google Project Tango ฯลฯ ขณะนี้เกือบทุก บริษัท เริ่มต้นปฏิบัติตามเส้นทางทางเทคนิคนี้; (2) แสงที่มองเห็นได้จากกล้องสองตาซึ่งเป็นตัวแทนของ บริษัท Leap Motion; (3) คือเวลาของเที่ยวบิน (TOF) ซึ่งเป็นตัวแทนของ บริษัท Microsoft Kinect-2

แสงที่มีโครงสร้างจะขึ้นอยู่กับหลักการของการคำนวณสามเหลี่ยมแม่เหล็กไฟฟ้า ระยะห่างระหว่างวัตถุกับแสงจะวัดตามระดับของการบิดเบี้ยวของจุดแสงบนวัตถุ ตัวอย่างเช่นเมื่อจุดแสงตรงขนาดจะสะท้อนระยะห่างระหว่างวัตถุและวัตถุ เมื่อแสงเป็นวงเล็บความยาวโฟกัสของจุดไข่เจียวคือการสะท้อนมุมระหว่างวัตถุที่ถ่ายและกล้องถ่ายรูปกล้องจะรวบรวมข้อมูลจุดที่เปลี่ยนแปลงและสร้างแบบจำลองของวัตถุขึ้นมาใหม่ผ่านทางอัลกอริทึม

TOF เป็นวิธีการถ่ายภาพแบบเรียลไทม์ 3D โดยการปล่อยชีพจรเลเซอร์ไปยังเป้าหมายอย่างต่อเนื่องและรับแสงสะท้อนจากเซ็นเซอร์ ระยะทางเป้าหมายที่แน่นอนได้จากการตรวจจับเวลาในการเดินทางไปรอบ ๆ ของชีพจรแสง

วิสัยทัศน์กล้องส่องทางไกลเป็นรูปแบบสำคัญของการมองเห็นเครื่อง มันขึ้นอยู่กับหลักการของ parallax และใช้อุปกรณ์การถ่ายภาพเพื่อรับสองภาพของวัตถุที่วัดได้จากตำแหน่งที่แตกต่างกันและคำนวณความเบี่ยงเบนตำแหน่งระหว่างจุดที่สอดคล้องกันของภาพ เพื่อให้ได้ข้อมูลทางเรขาคณิต 3D ของวัตถุ

ในบรรดาสามรูปแบบหลักที่ผู้ใหญ่มากขึ้นมีโครงสร้างไฟและ TOF เป็นโซลูชันการถ่ายภาพ 3D ที่พัฒนาเร็วที่สุดโซลูชันแสงที่มีโครงสร้างเป็นแบบผู้ใหญ่ที่สุดและได้รับการใช้กันอย่างแพร่หลายในด้านวิสัยทัศน์อุตสาหกรรม 3 มิติ อย่างไรก็ตามข้อเสียของมันคือความอ่อนแอของแสงรบกวนจากภายนอกการตอบสนองช้าและความแม่นยำในการรับรู้ต่ำ เหมาะสำหรับฉากระยะใกล้ ปัจจุบันเป็นโซลูชันหลักสำหรับการถ่ายภาพ 3 มิติแบบหันหน้าไปทางด้านหน้า โครงการ TOF เป็นข้อได้เปรียบกว่าโครงร่างแสงที่มีโครงสร้างในแง่มุมเหล่านี้ เวลาในการบินสามารถวัดระยะทางเรียลไทม์ได้อย่างแม่นยำ ได้กลายเป็นโซลูชันที่มีแนวโน้มมากที่สุดสำหรับกล้องด้านหลังปัจจุบัน เมื่อเทียบกับกล้องสองตัวก่อนแล้วโซลูชันการถ่ายภาพด้วยกล้องสองตาจะมีความสามารถในการรบกวนสัญญาณรบกวนจากภายนอกและความละเอียดสูงและเป็นหนึ่งในตัวเลือกของเทอร์มินัลโทรศัพท์มือถือ อย่างไรก็ตามเวลาในการพัฒนาเทคโนโลยีสั้นและไม่เพียงพอ ปัจจุบันมีการใช้งานกันอย่างแพร่หลายในการมองเห็นหุ่นยนต์และระบบอัตโนมัติ พื้นที่ทดสอบขับรถ

Face ID ใช้โครงร่างแสงที่มีโครงสร้างและเป็นโซลูชันการจดจำใบหน้าที่ปลอดภัยที่สุดในปัจจุบัน

มีหลายวิธีที่จะใช้การถ่ายภาพ 3 มิติ Apple Face ID ใช้โซลูชันแสงที่มีโครงสร้าง สร้างเครือข่ายจุดประกายได้มากกว่า 30,000 จุดบนใบหน้าของบุคคลและเมื่อผู้ใช้หันศีรษะไปบนแผนที่รูปร่าง 3 มิติของใบหน้าผลสุดท้ายคือภาพสามมิติ ในเวลาเดียวกันด้วยการเปิดตัวเครื่องมือประสาทอิสระ (Neural Engine) สำหรับการประมวลผลข้อมูลใบหน้าของผู้ใช้จะเปรียบเทียบกับข้อมูลใบหน้าของผู้ใช้ที่ลงทะเบียน

Face ID ของ Apple ใช้โหมดแสงที่มีโครงสร้างเพื่อตอบสนองความซับซ้อนและความต้องการด้านความปลอดภัยบนใบหน้าของมนุษย์ การใช้อุปกรณ์แสงเฉพาะจะใช้ OR: rgb (51,51,51); FONT-STYLE: ปกติ; TEXT- ALIGN: ศูนย์; ผี: 2; WIDOWS: 2; LETTER-SPACING: ปกติ; สีพื้นหลัง: rgb (248,252,255); TEXT-INDENT: 0px; font-variant-ligatures: ปกติ; font-variant-caps: ปกติ; - Webkit-text-stroke-width: 0px ">

ภาพ: การเปรียบเทียบประสิทธิภาพของแหล่งกำเนิดแสงสามแบบ

บริษัท ผู้ผลิตอุปกรณ์การผลิต VCSEL ที่ออกแบบด้วยมือถือส่วนใหญ่ตั้งอยู่ในประเทศสหรัฐอเมริกา, Finsar, Lumentum, Princeton Optronic, Heptagon และ บริษัท อื่น ๆ ปัจจุบันมีเพียง Acceleration Technologies เปิดตัวผลิตภัณฑ์ VCSEL เชิงพาณิชย์ในด้านการสื่อสารออปติคอลเท่านั้น

เลนส์ Collimation (ความต้องการที่เพิ่มขึ้น): การทำงานของเลนส์ collimator คือการแปลงแสงเลเซอร์เป็นแกนแสงทรงกระบอกแบบคู่ขนานซึ่งโดยทั่วไปประกอบด้วยเลนส์สองกลุ่ม กลุ่มแรกของเลนส์จะบีบอัดลำแสงเลเซอร์เป็นลำแสงที่มีมุมกระจายน้อย หลังจากผ่านชุดที่สองของเลนส์นูนลำแสงในพื้นที่เชิงพื้นที่เป็นแกนคู่รูปทรงกระบอก

เลนส์ระดับเวเฟอร์: WLO (WaferLevelOptics)) ส่วนใหญ่จะผลิต WLC (Wafer Level Cameras) ซึ่งเป็นแบบจำลองสองชั้นของแก้วแก้วเวเฟอร์ 8 นิ้วสามารถผลิตได้มากกว่า 6,000 ชิ้นต่อครั้งและไม่จำเป็นต้องอยู่ใน WLC กระบวนการแพคเกจ โฟกัสไปที่การลดขั้นตอนการโฟกัสเลนส์เรซินโดยตรงบน TSV เพื่อผนึกเลนส์เซ็ตแบ็คชุดเซมิคอนดักเตอร์และตัดเป็นเลนส์เดี่ยวเมื่อเทียบกับโมดูลกล้องแบบดั้งเดิมช่วยลดความหนาของโมดูลกล้อง เน้นกระบวนการของโมดูลและสามารถติดตั้งได้โดยตรงโดยใช้อุปกรณ์ SMT มันจะกลายเป็นแนวโน้มสำคัญของโมดูลกล้องในอนาคต ในบรรดาสิทธิบัตรส่วนใหญ่สำหรับเลนส์ระดับเวเฟอร์จะมีขึ้นในมือของเก๋ง ในประเทศจีน Jingtian Technology และ Huatian Technology ได้ใช้เทคโนโลยีโพสต์โพรเซสซิ่งเลนส์ระดับเวเฟอร์และคาดว่าจะสามารถติดตามได้

DOE (diffraction aperture): ลำแสงเลเซอร์ที่ปล่อยออกมาจาก VCSEL ไม่เฉพาะเจาะจง หลังจากการชักการลำเลียงลำแสงเลเซอร์ถูกปรับให้เข้าที่แล้วจึงใช้ diffuser DOE เพื่อให้ได้รูปแบบจุดที่ต้องการ ปัจจุบันมีการจดสิทธิบัตรหลักของ DOE diffuser โดย บริษัท CDA ของเยอรมัน ในประเทศ Fujing Technology มีการสะสมทางเทคนิคบางอย่างที่นี่

ตัวรับสัญญาณอินฟราเรดของโมดูลแกนภาพ 3 มิติ

ตัวรับสัญญาณอินฟราเรด: รับแสงอินฟราเรดที่มองไม่เห็นจากวัตถุและได้ข้อมูลเชิงพื้นที่ของวัตถุที่จับได้ผ่านการคำนวณ ตัวรับสัญญาณอินฟาเรดประกอบด้วยสามส่วนของอินฟราเรด CMOS พิเศษ; ตัวกรองสายแคบ: เลนส์เลนส์

CMOS อินฟราเรด (ความต้องการที่เพิ่มขึ้น): ใช้เพื่อรับจุดรับสัญญาณอินฟราเรดที่ส่ง ความแตกต่างกับเซ็นเซอร์แบบเดิมคือรังสีแสงที่จำเป็นต้องระบุเป็นส่วนใหญ่เป็นแสงอินฟราเรดซึ่งเป็นตลาดเฉพาะและผู้ใหญ่ที่มี Downstream VR, AR, Assisted driving, การประยุกต์ใช้การจดจำใบหน้าเพิ่มขึ้น, ตลาดในอนาคตจะ ค่อยๆเพิ่มขึ้น! แต่ช่องว่างในเขตข้อมูลของเซ็นเซอร์ในประเทศเป็นที่ชัดเจนมากขึ้นในระยะสั้นเป็นเรื่องยากที่จะทำลาย

ตัวกรองคลื่นแคบอินฟราเรด (ความต้องการที่เพิ่มขึ้น): อินฟราเรด CMOS รับแสงอินฟราเรดที่ 940 นาโนเมตร เพื่อลดอิทธิพลของแสงแวดล้อมจำเป็นต้องใช้ตัวกรองแสงวงแคบเพื่อกรองแสงส่วนใหญ่ เฉพาะแสงที่อยู่ใกล้อินฟราเรดของแถบความยาวคลื่นที่เฉพาะเจาะจงเท่านั้นที่ได้รับอนุญาตให้ผ่านได้ ปัจจุบันตัวกรองแคบแคบวงใช้หลักการหลักของการแทรกแซงซึ่งต้องใช้หลายสิบชั้นของการเคลือบแสง เมื่อเปรียบเทียบกับตัวกรองการดูดซึม RGB จะมีปัญหาด้านเทคนิคและราคาผลิตภัณฑ์ที่สูงขึ้น

กำลังการผลิตหลักของตัวกรองแบบแคบมีความเข้มข้นส่วนใหญ่ในสหรัฐอเมริกา VIAVI และมือคริสตัลอิเลคทรอนิคส์ในประเทศซัพพลายเออร์มีจำนวน จำกัด ปัจจุบันเป็นความก้าวหน้าที่สำคัญที่สุดในห่วงโซ่อุตสาหกรรมภาพในประเทศ 3 มิติ

เลนส์ (ความต้องการที่ไม่เพิ่มขึ้น): เลนส์เลนส์โดยใช้การถ่ายภาพ 2D แบบดั้งเดิมโซ่อุตสาหกรรมมีความสุกส่วนใหญ่ทำเครื่องหมายด้วยคริสตัล photoelectric, Da Liguang (3008.TW), Yu Jing Optoelectronics

โมดูลอัลกอริทึมกล้องและชิพของโมดูลแกนภาพ 3 มิติ

โมดูลกล้อง (ความต้องการที่เพิ่มขึ้น): เทคโนโลยีโมดูลภาพ 2D เป็นผู้ใหญ่ส่วนที่เพิ่มขึ้นมาจาก

การเปลี่ยนโมดูลการถ่ายภาพ 3D จะช่วยเพิ่มมูลค่าของแต่ละโมดูล ในอุตสาหกรรมการผลิตโมดูลมี บริษัท ต่างๆเช่น Ophelia, Sunny Optical และ Chute Technology

ชิปประมวลผลภาพ (ความต้องการที่เพิ่มขึ้น): ปัญหาทางเทคนิคสูงอุปสรรคสูง ภาพ 3D ได้จากการรวมภาพ 2D เข้ากับข้อมูลตำแหน่งที่ได้จากอินฟราเรด ปัจจุบันชิพส่วนใหญ่ควบคุมโดย Texas Instruments และ STMicroelectronics และเทคโนโลยี Quanzhi Technology ในประเทศจีน Beijing Junzheng และ Ruixin Micro มีการสะสมอยู่ในชิปประมวลผลภาพ

2 เทคโนโลยีการถ่ายภาพ 3D เพื่อแก้ข้อ จำกัด ของการถ่ายภาพ 2D ข้อมูลเชิงลึกเปิดโปรแกรมใหม่

สถานการณ์แอ็พพลิเคชันการถ่ายภาพ 2D เป็นข้อ จำกัด เกินไป ความร้อนของเทคโนโลยีในปัจจุบันเช่นปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับคอมพิวเตอร์การจดจำใบหน้า AR / VR ระบบนำทางแบบพึมพำเกมโซโลโซนิคการช่วยเหลือจากโปรแกรมควบคุมการมองเห็นของหุ่นยนต์และอื่น ๆ ทั้งหมดนอกเหนือจากการถ่ายภาพ 2D

กล้อง 3D สามารถครอบคลุมสถานการณ์แอ็พพลิเคชันหลายโดเมนและกล้อง 3D สามารถรับข้อมูล 3D ได้ในแบบเรียลไทม์

ฟังก์ชั่น Object-aware ถูกเพิ่มเข้ากับขั้วอิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคซึ่งจะแนะนำ "สถานการณ์การใช้งานที่มีจุดบอด" หลายแบบรวมถึงปฏิสัมพันธ์ระหว่างมนุษย์กับคอมพิวเตอร์การจดจำใบหน้าการสร้างแบบจำลองสามมิติ AR ความปลอดภัยและการขับขี่ที่ได้รับความช่วยเหลือ

1) Biometrics: ส่วนใหญ่เทคโนโลยีการจดจำใบหน้าและไอริสเทคโนโลยีการรับรู้ สำหรับการเก็บรวบรวมข้อมูลใบหน้าและข้อมูลรายละเอียดของนักเรียนอย่างลึกซึ้งการถ่ายภาพ 3 มิติสามารถทำให้การรวบรวมข้อมูลตำแหน่งของวัตถุที่จับได้ในเวลาจริงช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือของข้อมูลไบโอเมตริกได้อย่างมาก .

ในช่วง 6 ปีที่ผ่านมาตั้งแต่ปีพศ. 2550 ถึงปี 2556 อัตราการเติบโตของสารชีวมวลทั่วโลกอยู่ที่ระดับประมาณ 22% คาดว่าขนาดตลาดของอุตสาหกรรมไบโอเมตริกทั่วโลกจะมีมูลค่าถึง 25 พันล้านเหรียญสหรัฐภายในปี 2563

2) การจดจำท่าทางสัมผัส: การจดจำท่าทางให้การท่าทางแบบเดิม ๆ จากหน้าจอท่าทาง 2D ในปัจจุบัน

การรับรู้สามารถทำได้เพียงบางส่วนเช่นการควบคุมการเริ่มต้นและหยุดเล่นวิดีโอดูรูป ฯลฯ สำหรับเกมกีฬาที่ซับซ้อนมากขึ้นหรือ AR / VR เทคโนโลยีการจดจำท่าทางสัมผัส 2D ยังไม่สมบูรณ์ ฮาร์ดแวร์อัจฉริยะที่รวมเข้ากับกล้อง 3D ในอนาคตจะช่วยอำนวยความสะดวกในการรับรู้และการใช้การรับรู้ท่าทางแบบ 3 มิติซึ่งจะนำประสบการณ์การโต้ตอบที่ใกล้ชิดกับมนุษย์มากกว่าการโต้ตอบด้วยหน้าจอสัมผัส

3) การขับขี่ที่ชาญฉลาด การถ่ายภาพ 3D ใช้กับการขับขี่อัจฉริยะและสามารถรับข้อมูลพื้นผิวถนนได้อย่างเต็มที่เพื่อนำกลับไปใช้ระบบการขับขี่อัจฉริยะแบบเรียลไทม์ ระบบเสริมช่วยให้การทำงานของคำสั่งทำได้ถูกต้องและทำให้สมาร์ทในอนาคตมีความปลอดภัยมากขึ้น

4) ในด้านการรักษาความปลอดภัยอัจฉริยะกล้องสมาร์ทสามารถใช้เพื่อวิเคราะห์ว่าพฤติกรรมของผู้คนอาจเป็นอันตรายต่ออุตสาหกรรมการเงินหรือไม่ แต่ความต้องการอัลกอริธึมของพวกเขานั้นสูงมาก

5) AR / VR: AR / VR กำลังพัฒนาอย่างรวดเร็วและฮาร์ดแวร์มีการสะสม แต่

ในส่วนของการแสดงผลเนื้อหาส่วนใหญ่ของ VR จะถูกสร้างโดยคอมพิวเตอร์ ในอนาคตกล้องถ่ายภาพเชิงลึกสามารถใช้งานได้

รับเนื้อหาโดยตรงและตระหนักถึงปฏิสัมพันธ์เสมือนจริงอย่างแท้จริง

ขณะนี้ทั้งสองผู้ผลิตเทอร์มินัลโทรศัพท์มือถือผู้ผลิตเลนส์และอินเทอร์เน็ตและคอมพิวเตอร์มีการใช้งานการถ่ายภาพ 3D อย่างมากและเขตข้อมูลการถ่ายภาพ 3 มิติจะกลายเป็นมหาสมุทรสีฟ้าต่อไปในอนาคต

3 พื้นที่ภาพตลาด 3D ในอนาคต

นับเป็นเวลาหลายทศวรรษเทคโนโลยีการถ่ายภาพและการตรวจจับภาพ 3 มิติประสบความสำเร็จในตลาดระดับไฮเอนด์และได้รับความสำเร็จอย่างสูงในด้านการแพทย์และอุตสาหกรรม

ตามที่ Yole เพิ่งประกาศเทคโนโลยีการถ่ายภาพนวัตกรรมและรายงานการวิจัยตลาด, 2016, ภาพ 3 มิติ

และชิ้นส่วนเซ็นเซอร์เริ่มมีการขยายการค้าที่สำคัญโดยมีขนาดตลาดมากกว่า 1.3 พันล้านเหรียญสหรัฐ ในอนาคตอันใกล้มีแนวโน้มเร่งตัวขึ้น ผ่านการเข้าสู่ตลาดโทรศัพท์สมาร์ทครั้งแรกแอ็พพลิเคชัน VR / AR และเครื่องแต่งตัวจะช่วยเพิ่มปริมาณการจัดส่ง คาดว่าในปี พ.ศ. 2565 จะมีการจัดส่งอุปกรณ์ภาพ 3 มิติมากกว่าหนึ่งพันล้านชิ้น ในอีกห้าปีข้างหน้าอัตราการเติบโตต่อปีของตลาดภาพและชิ้นส่วนเซ็นเซอร์จะอยู่ที่ 37.7% และในปี 2565 จะมีมูลค่าถึง 9 พันล้านเหรียญสหรัฐ

ตามการให้คำปรึกษาด้านการวิจัยข้อมูลอัจฉริยะในปี 2020 การจัดส่งสมาร์ทโฟนถึง 1.925 พันล้านหน่วย เราคาดการณ์ว่าเมื่อพิจารณาการนำกล้องถ่ายรูป 3D ที่หันหน้าเข้ามาใน iPhone X อัตราการรุกของกล้อง 3D ในโทรศัพท์มือถือของ Apple ในปี 2017 จะอยู่ที่ประมาณ 20%, 70% ในปี 2018, 90% ในปี 2019 และ 100% ในปี 2020 ผู้ผลิตอื่น ๆ เริ่มล่าช้าและคาดว่าในปี 2018, 2019 และ 2020 อัตราการแทรกซึมของโครงร่างโครงสร้างภาพด้านหน้า 3D จะลดลง 10%, 20% และ 30% ตามลำดับ ขนาดตลาดของโทรศัพท์สมาร์ทโฟนแบบ end-end โซลูชั่นการแก้ปัญหาโครงสร้างภาพ 3 มิติจะมีมูลค่า 4,928 ล้านเหรียญสหรัฐและจะรักษาอัตราการเติบโตอย่างรวดเร็วในอีกหลายปีข้างหน้า