学生视角｜基于手机的超小型测绘仪器的未来发展
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编者按：由中国石油大学（华东）万剑华教授主讲的《时空信息与智慧城市》课程已结课，学生们结合自己的兴趣点，通过查阅资料，积极思考，撰写了短文，陆续在【慧天地】“学生视角”栏目刊发。刊发这些短文的目的是鼓励在校大学生、研究生们不要拘泥于书本和课堂，要开拓学习、独立思考、勤于总结。尽管这些文章在专家们看来显得稚嫩，甚至或多或少存在一些问题，但考虑他们的身份是学生，还望以育人的初心对他们的文章进行批评指正，谢谢大家。【慧天地】也欢迎全国各高校的同学们向本栏目投稿（点击文末“阅读原文”查看投稿指南）。
众所周知，基础建设测绘先行，而作为测绘的重要工具的测绘仪器则是我们获取万物空间数据关键手段。测绘仪器经过了几百年的发展已经由原来的简单的望远镜，测量尺发展为GNSS，遥感，ROV等先进技术手段，这些专业的测量仪器为我们的国家建设，科学研究提供准确的数据支持，但和普通百姓之间的距离确越来越远。那么如何能让大众也能体验到测绘带来的重大便利，从而推动测绘地理信息产业的升级转型，超小型测绘仪器开始进入人们的视野。
对于普通大众，我们日常生活中接触最多的就是手机了，于是一些产商就尝试在手机上搭载一些可以实现测量功能的传感器，以实现部分的测量功能。2018 年 10 月，OPPO 推出的 R17 Pro 就搭载了 TOF 镜头，能够实现三维建模、测距、AR 尺子等功能，这是国内真正意义上的第一次手机搭载TOF模组的案例；同年 12 月，荣耀发布的 V20 也搭载了 ToF 镜头模组，推出了 3D Qmoji、AR合影、趣味变妆等功能。华为、vivo、OPPO、LG的部分手机，都已经用上了ToF镜头。华为P30 Pro，前置的TOF模块开始支持用户做隔空手势操作，可以让手机感知到真正意义上的三维距离！
那么什么是TOF镜头呢？TOF这个名字源自于Time Of Flight，也就是飞行时间的英文缩写，与结构光通过主动投射已知图案并进行特征点匹配从而获得3D图像不同的是，TOF是通过光线飞行的时间来确定深度信息的，这一点通过名字也能较好的理解。ToF于手机最常用来示范的是3D人脸识别，但除了在机面用于解锁之外，其实它还有更多不同的用途，例如用于自拍时的美颜用途。而由于ToF本身就是用来测定距离的工具，故放在机背作为主镜的辅助也是十分实用，尤其是近年手机上十分流行的人造散景效果。另一方面，可以精准测量景物距离的特性，亦有利于手机于 AR／MR 技术方面、结合3D动画效果与现实世界的应用之上。
TOF镜头的具体工作流程也非常简单：
第一步，打开3D建模功能，确立模型平面基准。
第二步，在确立模型位置后，我们就可以按快门开始扫描，扫描效果可以实时反馈。
第三步，扫描完成后只需按下停止键，即可直接查看扫描的模型。
苹果在其官网也发布了新的2020款iPad Pro，尺寸上有两种。最大的不同之处就是在新平板上增加到了三个摄像头，其中一个是LiDAR激光雷达。苹果明确宣称这是一颗采用dToF技术的深度感知模块。那么我们也就可以知道，其实LiDAR就是一种采用ToF（Time of Flight）技术的3D感知应用。LiDAR全称为“Light Detection and Ranging”，直译为“光学侦测和定距”，这是过去更多应用在测绘、林业、地理学等专业领域的一种成熟技术，比如科研机构会在飞机上搭载LiDAR系统来扫描地貌、丛林，用于绘制地形图，还有如今一些汽车上也会用到LiDAR判断道路车况，实现自动辅助驾驶等，现在只是苹果通过iPad Pro把它搬到消费级市场而已。
iPad Pro之所以要配备LiDAR，最主要的目的是为了AR（Augmented Realit，增强现实），因为AR需要结合周边的现实世界，在屏幕上来呈现一些虚拟的内容，所以便要求设备对物体远近的环境位置有感知能力，而能让硬件读懂这些3D空间的情况，靠的就是深度信息，也就是LiDAR所收集到数据。激光雷达扫描仪与 Pro 级摄像头、运动传感器和 iPadOS 内的架构协同合作，进行深度测量。这种硬件、软件与突破性创新技术的结合，让 iPad Pro 成为了体验增强现实的强大装备。
小米8是全球首款双频GPS手机，支持L1+L5双频双路超精度定位。百度、高德、腾讯三大地图厂商作为官方定位技术合作伙伴，也都对小米8给予极高评价，称为地图导航界突破性的创新和里程碑式的进展。
面前国内的各大手机厂家的旗舰手机均支持双频GNSS定位功能，定位精度已经达到分米级，且支持所有主流卫星定位系统，随着5G基站的大规模建设，手机定位的精度将进一步提高，室内高精度定位也必将得以实现。
同时荣耀刚刚发布了荣耀play4系列。其中荣耀play4 Pro搭载了一颗红外测温传感器。从测试视频中，可以看出它可以测试高温，也可以测试低温，而且也相当准确。这个功能也是得到很多人的称赞，目前处于疫情期间，这项功能还是非常的应景。荣耀Play4 Pro红外测温版机身背部摄像头模组内加入了一颗红外温度传感器，通过接收红外能量来判定被测对象的温度。可检测零下20摄氏度到100摄氏度，最小分度值精确到0.1摄氏度，测人测物都不在话下，相较于传统水银温度计，还有着不易碎、更安全的特点。比如在日常生活中，可测量开水、热茶的温度，避免热水烫伤；有小孩的家庭也可使用荣耀Play4 Pro的红外功能为小孩测量体温，或者测量冲泡奶粉的水温，给孩子更贴心的呵护；荣耀Play4 Pro还能测量室内空调、暖气等温度，知冷知热。
相信随着科技的进一步发展，越来越多的测量仪器将实现进一步的小型化，成本也将进一步减低，未来的手机等移动用户端不仅仅是人们休闲娱乐一种工具，也将成为未来智慧城市建设过程的一个重要信息源，将为大众的生活带来更多的便利！
作者简介
闫凤池，中国石油大学（华东）测绘科学与技术2019级硕士研究生。
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