據(jù)前蘋(píng)果授權(quán)零售商員工Fudge透露,iPhone 12 Pro及12 Pro Max兩款手機(jī)將和蘋(píng)果iPad Pro一樣,搭載基于dToF技術(shù)的激光雷達(dá)傳感器。提起激光雷達(dá),很多人的第一反應(yīng)是自動(dòng)駕駛汽車(chē)頂部動(dòng)輒幾十萬(wàn)美元的“大罐子”,或者搭載在自動(dòng)駕駛汽車(chē)車(chē)身的萬(wàn)元左右傳感器。蘋(píng)果用于iPad、iPhone的激光雷達(dá)與車(chē)載激光雷達(dá)有何分別?dToF技術(shù)有何特點(diǎn)?將幫助蘋(píng)果達(dá)成哪些目標(biāo)?

消費(fèi)級(jí)激光雷達(dá)有何玄機(jī)?

在自動(dòng)駕駛場(chǎng)景下,激光雷達(dá)旋轉(zhuǎn)并發(fā)射激光線束,對(duì)車(chē)體周?chē)母黝?lèi)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè),再結(jié)合軟件算法創(chuàng)建車(chē)體周?chē)h(huán)境的實(shí)時(shí)3D模型,是車(chē)輛自動(dòng)選擇可信車(chē)道的決策基礎(chǔ)。

但是,車(chē)載激光雷達(dá)傳感器,尤其是車(chē)頂?shù)臋C(jī)械式激光雷達(dá)傳感器造價(jià)昂貴,從幾萬(wàn)美金到幾十萬(wàn)美金不等,特斯拉CEO馬斯克就曾公開(kāi)表示“傻子才用激光雷達(dá)”。為了降低成本,安森美、歐司朗,以及國(guó)內(nèi)的覽沃科技等企業(yè)推出了固體雷達(dá)方案,有望將激光雷達(dá)傳感器價(jià)格降至人民幣萬(wàn)元左右。

即便是萬(wàn)元左右的傳感器,對(duì)于手機(jī)、平板電腦等個(gè)人消費(fèi)產(chǎn)品,仍然是不可承受之重。蘋(píng)果搭載在iPad Pro的激光雷達(dá),與車(chē)載激光雷達(dá)有何不同?麥姆斯咨詢(xún)創(chuàng)始人兼CEO王懿向記者解釋了兩者的區(qū)別。

在探測(cè)器方面,蘋(píng)果iPad Pro搭載的激光雷達(dá)采用索尼研發(fā)的ToF圖像傳感器,該傳感器是基于CMOS技術(shù)的單光子雪崩二極管(SPAD)陣列,由于索尼擁有深厚的CMOS圖像傳感器功底,可以將ToF圖像傳感器的量產(chǎn)成本降低,以滿(mǎn)足消費(fèi)電子近距離的深度感知需求。而汽車(chē)激光雷達(dá),尤其是遠(yuǎn)距離機(jī)械旋轉(zhuǎn)式激光雷達(dá)采用單點(diǎn)APD,實(shí)現(xiàn)多線束探測(cè)時(shí)需要多對(duì)探測(cè)器和光源,成本大幅上升。

在光源方面,iPad Pro搭載的激光雷達(dá)采用垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL),而汽車(chē)激光雷達(dá)常常采用邊發(fā)射激光器(EEL)等大功率產(chǎn)品。

“EEL等大功率產(chǎn)品通常價(jià)格較貴,而蘋(píng)果激光雷達(dá)采用的VCSEL 屬于消費(fèi)類(lèi)級(jí)別小功率產(chǎn)品,價(jià)格較低。”王懿說(shuō)。

為什么選擇dToF?

ToF(飛行時(shí)間法)是一種具備深度感知能力的3D成像技術(shù),可分為dToF(直接飛行時(shí)間法)和iToF(間接飛行時(shí)間法)兩種。此前,已經(jīng)有手機(jī)廠商將ToF裝進(jìn)手機(jī),用于輔助對(duì)焦、檢測(cè)物體體積等應(yīng)用,多為iToF方案。相比iToF,蘋(píng)果采用的dToF技術(shù)有哪些特點(diǎn)?

賽迪智庫(kù)集成電路所在最新報(bào)告中指出,dToF可達(dá)到超低的占空比,相比iToF更省電,成像速度更快,但是技術(shù)壁壘較高、對(duì)硬件的要求較高。由于dToF相比iToF在信息快速獲取、抗干擾、成像清晰度等方面具有優(yōu)勢(shì),伴隨算法技術(shù)、硬件設(shè)備的不斷成熟與完善,dToF有望成為深感影像技術(shù)的主流解決方案。

王懿指出,dToF光源需要納秒甚至皮秒級(jí)的短脈沖激光,探測(cè)器需要SPAD或者APD,這兩類(lèi)探測(cè)器受限于技術(shù)原因很難做成大陣列,所以分辨率通常較低,但是dToF抗環(huán)境光干擾、功耗低、測(cè)量距離遠(yuǎn)。iToF輸出一幀深度圖像通常需要采集多個(gè)相位的圖像數(shù)據(jù)來(lái)計(jì)算相位差,對(duì)光源和探測(cè)器要求不高,能提供較高的分辨率,但是iToF整體功耗較高、易受環(huán)境光干擾,并且提高深度圖的幀率較難。

蘋(píng)果表示,特制的激光雷達(dá)掃描儀能測(cè)量室內(nèi)或室外環(huán)境中從最遠(yuǎn)五米處反射回來(lái)的光。它可從光子層面進(jìn)行探測(cè),并能以納秒速度運(yùn)行,為AR(增強(qiáng)現(xiàn)實(shí))及更廣泛的領(lǐng)域開(kāi)啟無(wú)盡可能。

“蘋(píng)果iPad Pro激光雷達(dá)集成的dToF傳感器可以呈現(xiàn)深度圖像,主要應(yīng)用是AR,未來(lái)有望在消費(fèi)市場(chǎng)規(guī)?；钶d。據(jù)悉,蘋(píng)果下一代iPhone手機(jī)會(huì)集成激光雷達(dá)dToF傳感器。”王懿表示。

完善AR版圖的又一舉措

近年來(lái),手機(jī)業(yè)務(wù)人口紅利不再,廠商競(jìng)爭(zhēng)激烈,蘋(píng)果不再一味倚重iPhone。

2016年,蘋(píng)果推出了AirPods,引爆了真無(wú)線耳機(jī)市場(chǎng)。

2019年,蘋(píng)果加強(qiáng)了支付服務(wù)及TV、Arcade、News+等一系列內(nèi)容訂閱服務(wù)。

而AR,是蘋(píng)果擴(kuò)張生態(tài)版圖的又一舉措。賽迪顧問(wèn)高級(jí)分析師袁鈺向記者表示,蘋(píng)果的AR布局包括專(zhuān)利、開(kāi)發(fā)者生態(tài)和內(nèi)容應(yīng)用等領(lǐng)域。專(zhuān)利方面,僅2020年,蘋(píng)果就申請(qǐng)了虛擬會(huì)議、光波導(dǎo)光學(xué)系統(tǒng)、頭戴式設(shè)備前方蓋板、透鏡模組等數(shù)項(xiàng)AR相關(guān)專(zhuān)利。開(kāi)發(fā)者生態(tài)方面,蘋(píng)果在2017年推出ARKit開(kāi)發(fā)平臺(tái)。開(kāi)發(fā)人員可以使用這套工具為iPhone和iPad等設(shè)備創(chuàng)建AR應(yīng)用程序。此舉極大的刺激了谷歌,使其重拾曾經(jīng)放棄的Tango項(xiàng)目并推出ARCore平臺(tái)與之抗衡。內(nèi)容應(yīng)用方面,蘋(píng)果iPhone 6s/se以上版本的手機(jī)型號(hào)已經(jīng)支持ARKit,可運(yùn)行高質(zhì)量的AR應(yīng)用,iPad A9處理器以上版本也全面支持ARKit技術(shù)。

“僅2019年,蘋(píng)果商店上線AR應(yīng)用就超過(guò)4000款?？梢哉f(shuō),蘋(píng)果是目前當(dāng)之無(wú)愧的AR巨頭?！痹曊f(shuō)。

激光雷達(dá),是蘋(píng)果架起iPhone、iPad以及預(yù)計(jì)2023年發(fā)布的AR眼鏡等硬件產(chǎn)品與ARKit、iOS、iPadOS等軟件系統(tǒng)的橋梁,讓iPad Pro等產(chǎn)品成為“體驗(yàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的強(qiáng)大設(shè)備”,也為開(kāi)發(fā)者利用ARKit開(kāi)發(fā)內(nèi)容提供更大的自由度,將推動(dòng)AR從游戲“癢點(diǎn)”走向提升生產(chǎn)力和生活質(zhì)量的“痛點(diǎn)”。

目前,谷歌對(duì)XR的布局重點(diǎn)已經(jīng)從VR轉(zhuǎn)向AR,Facebook為打造AR設(shè)備搶先與蘋(píng)果考慮收購(gòu)的AR屏廠Plessey達(dá)成獨(dú)家合作協(xié)議,華為地球級(jí)XR項(xiàng)目河圖的首款產(chǎn)品AR地圖隨國(guó)行版P40同步上線,科技巨頭正在不斷加碼AR。

此前,The Information和彭博社報(bào)道稱(chēng),蘋(píng)果AR項(xiàng)目已投入千人左右團(tuán)隊(duì),蘋(píng)果高管認(rèn)為AR眼鏡有望十年內(nèi)替代iPhone需求。

未來(lái),科技巨頭將繼續(xù)增強(qiáng)手機(jī)、平板、可穿戴設(shè)備的AR能力,還是開(kāi)發(fā)出真正破局的AR拳頭產(chǎn)品?讓我們拭目以待。