不同于過去的“百萬像素戰爭”，大多數智能手機業者會在3D傳感技術這條新戰線打得更辛苦...

三星(Samsung)的最新款智能手機Galaxy S9已經準備上市，華為(Huawei)則是即將于下周在法國巴黎舉辦新產品P20的發表會；成像技術專家表示，3D傳感技術已經成為各家手機業者互別苗頭的最新競爭焦點。不過有一點還不明確的是，三星或華為的智能手機3D傳感功能是否夠資格與蘋果(Apple)的iPhone X分庭抗禮？

來自法國之市場研究機構Yole Developpement的MEMS與成像技術研究主管Pierre Cambou表示，因為蘋果TrueDepth攝像頭技術設立了高門坎，他預測其他競爭對手可能需要一年以上的時間才能提供iPhone X媲美的3D傳感技術。

不同于過去的“百萬像素戰爭”，大多數智能手機業者會在3D傳感技術這條新戰線打得更辛苦；這是因為3D攝像頭包含眾多需要運作一致的零組件，還需要充分的供應鏈管理。

Cambou將3D攝像頭形容為“一堆子裝置(sub-devices)”，他指出：“記得蘋果iPhone X嗎？參與其中的供應商包括意法半導體(STMicroelectronics)、LG Innotek、鴻海(Foxconn)、奧地利微電子(ams)還有Lumentum。”

市場已有一些評論指出三星的S9前向傳感技術“令人失望”。有一篇本月稍早發表的CNET報導評論：“深入觀察三星的最新生物識別系統──以及該系統與iPhone X的Face ID之比較──結果顯示它在移動支付上還不夠安全。”

該報導指出，“這是因為三星的臉部識別系統使用標準攝像頭來建立使用者臉部的2D圖，而蘋果的Face ID則是會建立臉部圖形的復雜3D掃描”；人們已經在三星去年推出的Galaxy S8證實，能用照片來欺騙三星的臉部識別技術，顯然S9也會被一樣的手段欺騙。

至于即將發表的華為P20，有不少媒體報導都將該款手機的“三鏡頭”視為關鍵功能──為何需要3個攝影鏡頭，三個會比兩個好嗎？

為此我們詢問了雙鏡頭技術領導供應商Corephotonics的市場營銷與業務開發副總裁Eran Briman，他表示：“三鏡頭是一個全新的技術領域，才剛剛起步、還未證明其價值；”他指出三攝像頭可能會有很多型態與配置，那些鏡頭可能各有目的，包括支持“低光線拍攝、變焦、景深、高分辨率以及整體影像質量。”

根據Briman的說法，三攝像頭的組合可能包括：

1. 一支彩色(RGB)鏡頭、一支黑白鏡頭，第三支攝像頭則是提供超寬廣視場(field of view，FoV)或是兩倍遠距窄FoV；

2. 一支魚眼鏡頭、一支標準廣角鏡頭以及一支兩倍望遠鏡頭；或者是

3. 一支標準廣角鏡、一支兩倍望遠鏡以及一支五倍望遠鏡，以支持超級變焦(super-zoom)功能。

他指出：“也有可能是其他配置，包括不同的影像傳感器；”但重點在于：“相較于雙鏡頭設計，所有的三鏡頭配置都可以提供更精確的深度信息。”

Briman表示：“主要原因是，實際上其基線(baseline，即鏡頭間的距離)會變得更大，特別是第一個與第三個鏡頭；當基線數值越大，深度信息就越準確──不過在軟件方面的挑戰很大，需要處理遮蔽(occlusion)、同步等等問題。”他補充指出：“此外藉由整合來自三個攝像頭的信息，理論上可以得到更好的深度信息。”

換句話說，華為的三鏡頭方案顯然是為了展現該公司在強化深度傳感技術方面的努力成果──雖然未經證實，業界猜測高通(Qualcomm)是華為的3D傳感技術合作伙伴；在去年夏天，高通宣布與奇景光電(Himax Technologies)合作打造完全整合的結構光模塊(structured light module，SliM)。高通當時表示，其3D深度傳感攝像頭模塊將在今年第一季量產。

3D傳感技術領域有哪些重要廠商？

那么在智能手機3D傳感技術領域有哪些關鍵供應商？在我們討論這個題目之前，先復習一下蘋果的3D攝像頭運作原理：

蘋果TrueDepth攝像頭結構

如同Yole先前所解釋的，iPhone X能識別使用者臉部并解鎖手機，是結合了ToF測距傳感器與紅外線“結構光”相機，因而能使用均勻的“泛光”或“位圖案”照明。首先，iPhone X結合了紅外線相機與泛光感應組件，從而在手機前方投射出均勻的紅外光；接著拍攝影像，并此觸發臉部識別算法。

然而，這種臉部識別功能并非持續運作。連接到飛行時間(ToF)測距傳感器的紅外線相機發出信號，指示相機在偵測到臉部時拍攝照片。iPhone X接著啟動其點陣式投射器拍攝影像。然后將一般影像和位圖案影像傳送至應用處理單元(APU)，用于進行神經網絡訓練，以識別手機使用者以及解鎖手機。

Yole的Cambou指出，此時尚未開始進行3D影像的運算，3D信息包含在位圖案影像中。“為了執行3D應用，同一個APU可以使用另一種計算影像深度地圖的算法；”他補充：“由于采用了運算密集的結構光途徑，iPhone X充份利用了A11芯片的強大處理能力。使用神經網絡是得以實現這一設計的關鍵技術。”

基本上有三種類型的技術能實現3D傳感，包括立體視覺(stereo vision)、結構光以及ToF傳感；Yole所提供的以下表格可以看到這三種技術的優缺點與特性比較：

三大3D傳感技術比較

而因為每個3D攝像頭都包含了一堆子裝置，Yole針對以上三種類型技術提供了一些組件供應商組合線索。

首先，立體視覺或主動立體視覺(active stereo)，能透過結合由Omnivision或ST提供的全局快門近紅外線(NIR)攝像頭，以及歐司朗(Osram)、Lumentum、Finisar的NIR照明(可選)，還有Iniutive、英特爾(Intel)/Movidius所提供的3D硬件加速器(即視覺處理器)。

其次在結構光部分，必要的子裝置包括全局快門NIR攝像頭，一樣是有Omnivision或ST等供應商；還有結構NIR照明組件(可選)，供應商是奧地利微電子、奇景光電、韓國業者Namuga以及歌爾(Goertek)；此外是3D重建軟件，供應商有Apple Primesense、Mantis、Namuga與奧比中光(Orbbec)。

第三種ToF方案，則需要供應商包括pmd、Sony/Softkinetic的ToF鏡頭，以及歐司朗、Lumentum、Finisar與奧地利微電子等廠商的NIR照明組件(可選)。Cambou指出，奧地利微電子與意法都提供ToF近接探測器，但只支持幾個像素，輛家公司都還未開發ToF攝像頭。

蘋果設下的高競爭門坎

假設iPhone X的TrueDepth如同Yole所說的遠勝所有競爭者，究竟其他3D傳感技術方案是少了什么？

對此Cambou認為，“神經引擎”(neural engine)是一個關鍵，也是蘋果的競爭對手難以跨越的障礙：“高通顯然已經有了‘me too’解決方案…但還未看到成果；”此外他表示：“你需要夠力的2D-3D攝影系統，適合智能手機前置、成本要低于15美元，”這不是完全不可能，但真的很難做到。

iPhone X的光學中樞系統成本

此外Cambou補充，該系統還需要達到一定程度的生物識別效果，如果一張照片就能騙過系統，那方案就沒用；他認為這是問題所在：“蘋果從一開始就知道要用3D攝像頭來做什么，是包括生物識別方案在內的用戶接口，”而其他競爭對手只是嘗試要賣廉價版的相同功能。

Cambou指出：“蘋果識別系統需要的性能等級，已經設立了超越所有競爭者技術能力的標準；奇景光電的窘境意味著手機業者還沒有充分了解其應用重點。”

那除了高通與奇景光電的合作，還有其他案例嗎？Cambou指出，聯發科(Mediatek)也打算以APU供應商的角色加入3D傳感戰場，打算以卷積神經網絡(CNN)──類似于蘋果的神經引擎──來支持生物識別；而他表示，聯發科顯然會在未來替小米(Xiaomi)提供CNN加速器，將與奧比中光設計的3D攝像頭結合。

3D傳感技術市場預測

Cambou還表示，如果手機的臉部識別系統將會用于移動支付，我們永遠可以爭論哪種3D攝像頭模塊更安全，但有一件不可忽略的事情，就是中國因素。舉例來說，最終只要支付寶認定哪種3D傳感技術夠好，就會被中國市場認可──中國有一大部分人口都已經依賴像是微信支付、支付寶等移動支付方案，而這會成為3D傳感技術贏家的最大決定因素。