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深度起底 3D 摄像头产业链:OPPO、vivo、小米背后的技术推手都有谁 ?丨特稿

shenzhenware 深圳湾 2018-11-02

从 2D 进化到 3D,人脸识别真是未来所需吗?


- shenzhenware -


去年 9 月,苹果副总裁 Craig Federighi 在发布会上首次公开介绍 Face ID 时,惊艳四座。之后的几个月,各大手机厂商纷纷跟进,宣布新机将采用人脸识别方案,深圳湾(公众号 ID:shenzhenware )也曾对国内手机大厂的动态有过深度报道。(详细报道参见:《起底 3D 深度摄像技术,看智能手机厂商如何攻陷爆发前夜第一城》


然而,一直到今年 5 月,也没有一家国产手机能够真正望 iPhone X 之项背,推出能媲美 iPhone 3D 深度传感摄像头的手机。不过,国产品牌对于 3D 摄像技术的执着不可小视,伴随近期小米vivo、OPPO 等一系列新旗舰的发布,国产手机在人脸识别上的 PK 热度也提升到了一个新高度。


△ 图表:各大手机机型人脸识别方案对比及背后供应商,信息由深圳湾整理


   手机人脸识别三大阵营:2D 人脸识别、3D 结构光、3D TOF,谁最靠谱?


纵观当下的手机行业,有三类主流的人脸识别方式,分别是 2D 红外光人脸识别 、3D 结构光以及 3D TOF。


1、2D 红外人脸识别:安全级别低,只能作为一种设备解锁、登陆 APP 的辅助手段


典型应用案例:小米 8、华为 P 20、vivo X 21


△ 2D 识图只是基于一些关键部位构建人脸模型,精准度远不及 3D 深度传感系统


红外人脸识别解锁相对于 3D 结构光来说,还停留在 2D 识图层面。红外人脸识别的工作原理是通过红外投射后,记住人脸的一些关键点(如嘴宽、鼻梁长度、眼距离等各项数据),构建 2D 人脸模型,这种识别只需几个关键点核对无误就可解开。


△ 小米 8 除了前置摄像机,还配备有距离传感器、红外相机、红外照明元件等。当用户拿起手机点亮屏幕的时,小米 8 刘海内的红外照明元件会向人脸发射 940nm 的红外光,红外光接触到面部反射回来,进入3μm 的红外相机(IR Camera)进行成像


相比 3D 结构光的上万个阵点,2D 红外光安全系数低太多,因而 2D 红外人脸识别只能是作为一种设备解锁、登陆 APP 的辅助手段,而不会用于支付、转账等功用


至于此前各大手机厂商(尤其是国产厂商)自诩 2D 能做到媲美甚至超越 iPhone X 的人脸识别效果,其根本原因其实是被技术门槛拦截在场外;暗地里,实则华为、vivo、oppo、小米均在砸钱寻找厂家合作投入研发 3D 深度传感技术,且目前均已有最新动向。


2、3D 结构光 :iPhone X 领跑行业


典型应用案例:iPhone X、小米 8 探索版、OPPO Find X


从各家手机刘海内部结构可以看出,除了基本的前置摄像头外,它内部还需要集成多个传感器,包括泛光感应元件(Flood illuminator),红外摄像头(infrared camera)、测距传感器(ranging sensor)、点阵投影器(dot projecter)等。


△ 今年 5 月的发布会现场,雷军在台上介绍小米 8 探索版的 3D 结构光


其中点阵投影器会投射出高达上万个光点,红外镜头能就能获取人脸各个部分位置的形变数据,形成一个精准的人脸 3D 数据模型,并与此前手机存储的人脸图像进行对比,进行身份确认。根据物体造成的光信号变化来计算物体的位置和深度信息,两者借助算法结合复原整个三维空间,就能得出一张精准的 3D 人脸数据图。


下面着重介绍一下小米探索版 8 及 OPPO Find X 的 3D 结构光原理。


据悉,相比苹果的 Face ID 方案,小米的结构光解决方案在点阵投影的方式上较为不同:苹果选择了以「散斑」的方式打出 30000 个离散分布的红外点,而小米则采用了编码方式,在面部呈现几何的编码图形。



小米官方表示,小米 8 透明探索版所搭载的 3D 人脸识别功能具备快速匹配等特点,相比传统的指纹解锁方式,3D 人脸识别被破解的概率可降低至百万分之一。


△ OPPO 首创的双轨潜望结构内所搭载的 O-Face 3D 结构光技术


而 Find X 的 O-Face 3D 结构光技术,则是基于其可升降的双轨潜望结构中的 3D 摄像头模组,通过向人脸投射 15000 个光点,给用户的面部构建立毫米级精度的 3D 深度图,实现更为精确地识别用户的生物特征,并快速与主人信息进行比对,实现了免接触、更安全的解锁 。OPPO Find X 是安卓阵营首款能够实现刷脸支付的安卓手机


△ iPhone X、小米 8 探索版 、OPPO Find X 三家 3D 结构光技术参数对比,资料由深圳湾整理


虽然三家技术大致类似,但小米 8 探索版目前尚未做到支付安全级别,其 3D 人脸识别精准度自然不如另外两家;而 iPhone X 从投射参数来看,也要优于 Find X,依旧是目前 3D 结构光方案中的最强机型。


3、3D TOF:vivo 首开先河,新机或 8 月发布


典型应用案例:暂无


TOF(飞行时间测距法)本质上是一种光雷达系统,相较于传统的 3D 结构光 ,TOF 深度摄像头具备以下三个方面的优点:


一是具备响应时间快、功耗低、成本低,抗干扰能力强等优点;二是识别距离可达 10m(3D 结构光为 5m),大幅度提高了使用场景多样性;三是更小的传感器体积,能有效缩小 3D 摄像头模组的体积,获得更高的屏占比。


△ vivo 在 MWC 展示的「TOF 3D 超感应技术」样机


在不久前的 MWC 展会上 ,vivo 发布了名为「TOF 3D 超感应技术」的技术方案,且展出了样机。


据 vivo 方面透露,除了上述 3 方面的优点,vivo 的 TOF 技术有 30 万个 DOE 衍射点,这一数据量为 iPhone X 的 10倍;得益于 TOF 方案的远距离传感特性,vivo 方面表示将会应用于更广泛的应用,如 3D 试衣、体感游戏。至于在手机上的适用性,还需要时间验证。


   人脸识别背后的供应链江湖:核心技术并非出自手机品牌己手,而是来自这些厂家


在深圳湾去年 9 月发表的 iPhone X 四大技术起源一文中,曾有过如下表述:


iPhone X 的 FaceID 并非一时心血来潮。自 2010 年收购面部识别公司 Polar Rose 起,到 2013 年的奠基性收购 Prime Sense,一直到完整推出 Face ID 的 7 年中,苹果经历了多达 10 起的收购与磨合,以 TrueDepth Camera System 为基础的功能才最终体现在 iPhone X 上,并成为其最大的亮点。


苹果牢牢将 Face ID 相关核心技术掌握在自己的闭环生态里,建立起一道坚固的产品护城河,这也是导致其他竞争对手迟迟难以望其项背的核心原因。


相反,尽管华为、vivo、OPPO、小米这些品牌已经纷纷推出了自家的 3D 人脸识别系统,但核心技术并非来自己手,伴随 3D 人脸识别的火热,其背后的一批软硬件方案商也逐渐浮出水面:


△ 华为、vivo、OPPO、小米等手机厂商背后的人脸识别技术供应商,资料由深圳湾整理


其中,商汤科技与旷视科技自不必多说,已是 AI 圈耳熟能详的独角兽。二者相比,显然旷视科技近期在手机人脸识别领域下注更大,近期热门的 OPPO Find X 3D 结构光及 vivo TOF 人脸识别均选择其作为方案供应商。


硬件模组方面,成立仅 5 年的 3D 视觉综合技术方案商奥比中光发展迅猛,搭乘人脸识别这列快车,迅速获得资本青睐,已于今年 5 月完成 2 亿美元 D 轮融资,并已为 OPPO Find X 量产 3D 摄像头模组。


舜宇光学、欧菲光、丘钛科技被誉为目前国内摄像头模组领域三龙头,目前三者均表示已经具备量产 3D 摄像头模组的能力:


其中舜宇光学已经为华为荣耀 V10 量产 Jupiter X 3D 摄像头配件,欧菲光则砸巨资收购索尼华南,完善其在手机摄像头产业链的布局,丘钛科技则据爆料已经送样 3D 结构光模组到华为,希望成为华为 Mate 20 系列供应商(当然也包括欧菲光与舜宇)。


   尾声:风生水起的 3D 人脸识别背后,国内厂商要如何跨越产业沟壑?


市场研究报告称,预计未来五年 3D 成像和传感器件市场的复合年增长率可达 37.7%,2022 年市场规模将达到 90 亿美元。在市场容量剧增的同时,整个产业也显现出如下一些趋势:


一是 3D 摄像头模组成本则在快速下降。据行业人士透露,伴随 3D 摄像头的普及,规模效应将逐渐显现,前置结构光 3D 摄像头硬件成本将从 2017 年的 15 美元左右,到 2020 年逐渐下降到为 8 美元左右。


二是摄像头的位置可能会呈现多元化的处理方式。从原始一众的仿 iPhone X 刘海式,到如今 vivo NEX、OPPO 均采用伸缩摄像头的方式,手机已经获得了更高的屏占比。而有业内人士告诉深圳湾,得益于 OLED 屏幕的透视特性,未来 3D 摄像头模组可能会放到屏下。这一技术的实现很大程度取决于器件精度、以及量产成本的平衡。


前景固然很美好,但对于国产厂商来说,依旧会存在各种「中国特色」式的难题。


「技术门槛高,产业链复杂,量产难度大,是所有想要涉足 3D 深度传感摄像的手机品牌要面临的难题。」


一位产业内人士如此告诉深圳湾:「虽然目前国内很多厂家名义上都声称能够实现 3D 摄像头的量产,但精度和器件微型化远不如国外厂家,半导体制造工艺达不到,甚至有些核心元器件被外国品牌商掐住咽喉,国产路依然是长路漫漫。」

微信号:shenzhenware

主笔、采访:谈哲

审校:大树、莱恩

技术顾问:廖泽立 / 深圳湾的好朋友

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