تكنولوجيا الهواتف الذكية 3D التصوير

1 ، iPhone X يفتح حقبة جديدة من التصوير ثلاثي الأبعاد

يعتبر Face ID هو أهم ما يميز جهاز iPhone X ، وقد تسبب التصوير ثلاثي الأبعاد في جذب اهتمام غير مسبوق

هذا العام ، يُعجب الجميع بأسلوب مصادقة الهوية الجديد لـ iPhone X ، تحديدًا Face ID ، والذي يعتبر أيضًا نقطة بيع رئيسية لجهاز iPhone X. يحتاج المستخدم فقط إلى النظر إلى الهاتف لإلغاء قفل الوجه. يختلف جهاز Face ID لجهاز iPhone عن التعرف على الوجه العادي ، مع إضافة معلومات العمق إليه ، مما يجعل مصادقة الهوية أكثر أمانًا.

اكتمل Face ID من خلال مساحة صغيرة أعلى جهاز iPhone X لا تغطيها الشاشة. تضم هذه المنطقة 8 أجزاء ، بما في ذلك الميكروفون ، مكبر الصوت ، العدسة الأمامية ، مستشعر الإضاءة المحيطة ، مستشعر المسافة ، عدسة الأشعة تحت الحمراء ، عناصر استشعار الفيضان ، أجهزة عرض نقطية ، إلخ. تستدعي أبل النظام بأكمله نظام كاميرا True Depth ، ويمكن للنظام بأكمله يمكن استخدامها ليس فقط للتحقق من هوية الوجه ، ولكن أيضًا للتأثيرات الذاتية ومؤقتات AR.

تستخدم تقنية التصوير ثلاثي الأبعاد أجهزة إرسال الأشعة تحت الحمراء ووحدات استقبال للحصول على بيانات عمق مثل موضع وتفاصيل كائن التصوير ، وتستعيد المشهد الحقيقي. في الوقت الحالي ، هناك ثلاث وسائل رئيسية للتحقيق: (1) الضوء الأحادي المهيكَل ، نيابةً عن الشركة لديه Apple (الاستحواذ على أكبر شركة تكنولوجيا الضوء الهيكلية Prime Sense) ، Microsoft Kinect-1 ، Intel RealSense ، Google Project Tango ، وما إلى ذلك. حاليا تقريبا جميع الشركات الناشئة اتبع هذا الطريق التقني. (2) ضوء مرئي ثنائي العينين ، يمثل الشركة Leap Motion ؛ (3) هي طريقة زمن الرحلة (TOF) ، التي تمثل شركة Microsoft Kinect-2.

يعتمد الضوء المنظم على مبدأ التثليث البصري. يتم قياس المسافة بين الكائن والضوء وفقًا لدرجة تشوه الضوء على الجسم. على سبيل المثال ، عندما تكون نقطة الضوء مباشرة ، يعكس الحجم المسافة بين الهدف والكائن. عندما يكون الضوء مائلًا ، يكون البُعد البؤري للمنطقة الإهليلجية يعكس الزاوية بين الكائن الذي تم تصويره والكاميرا ، حيث تقوم الكاميرا بتجميع البيانات الموضعية التي تم تغييرها وإعادة بناء نموذج الكائن من خلال خوارزمية.

TOF هو أسلوب تصوير ثلاثي الأبعاد في وقت الطيران عن طريق إرسال نبض ليزر بشكل مستمر إلى الهدف ، ومن ثم تلقي الضوء المنعكس من المستشعر. يتم الحصول على مسافة الهدف بدقة عن طريق الكشف عن زمن الانتقال ذهابًا وإيابًا لنبض الضوء.

رؤية مجهر ستيريو هي شكل مهم من الرؤية الآلية. وهو يعتمد على مبدأ اختلاف المنظر ويستخدم أجهزة التصوير للحصول على صورتين لكائن تم قياسه من مواقع مختلفة ، ويحسب الانحراف الموضعي بين النقاط المقابلة في الصورة. للحصول على المعلومات الهندسية ثلاثية الأبعاد للكائن.

من بين المخططات الرئيسية الثلاثة ، أكثرها نضجاً هي الإضاءة المنظمة و TOF. وباعتباره أول حل تصوير ثلاثي الأبعاد مطور ، فإن حل الضوء المنظم هو الأكثر نضجًا وقد تم تطبيقه على نطاق واسع في مجال الرؤية ثلاثية الأبعاد الصناعية. ومع ذلك ، فإن عيوبه هي ضعفه تجاه تداخل الضوء الخارجي ، والاستجابة البطيئة ، ودقة التعرف المنخفضة. انها مناسبة لمشاهد من مسافة قريبة. إنه حاليًا هو الحل السائد للتصوير ثلاثي الأبعاد في الواجهة الأمامية. يعتبر مخطط TOF أكثر فائدة من مخطط الضوء المنظم في هذه الجوانب. يمكن زمن الرحلة بدقة قياس المسافة في الوقت الحقيقي. لقد أصبح الحل الواعد للكاميرا الخلفية الحالية. وبالمقارنة مع النوعين السابقين ، فإن محلول التصوير المجسَّم ذو العينين يتميز بقدرة تداخل ضوئية قوية مضادة للحيوية ودقة عالية ، وهو أيضًا أحد خيارات المحطة المتنقلة. ومع ذلك ، فإن وقت التطوير التكنولوجي قصير وليست ناضجة بما فيه الكفاية. في الوقت الحاضر ، يستخدم على نطاق واسع في رؤية الروبوت والأتمتة. منطقة اختبار القيادة.

يستخدم Face ID نظام إضاءة منظم وهو أكثر حلول التعرف على الوجه أمانًا المتوفرة اليوم

هناك عدة طرق لتنفيذ التصوير ثلاثي الأبعاد. يستخدم Apple Face ID حل الضوء المنظم. وهي تُنشئ شبكة تضم أكثر من 30000 مصباح ضوئي على وجه الشخص ، وعندما يحول المستخدم رأسه إلى رسم شكل ثلاثي الأبعاد للوجه ، تكون النتيجة النهائية هي صورة ثلاثية الأبعاد. في الوقت نفسه ، من خلال إطلاق محرك عصبي مستقل (Neural Engine) لمعالجة بيانات الوجه للمستخدم ، تتم مقارنته ببيانات الوجه المسجلة للمستخدم.

تتبنى خاصية Face ID للهوية وضع الإضاءة المهيكل ، بشكل أساسي لتلبية متطلبات تعقيد الوجه والمتطلبات الأمنية للوجه البشري. استخدام أداة إضاءة محددة سيستخدم OR: rgb (51،51،51)؛ FONT-STYLE: طبيعي TEXT- ALIGN: مركز الأخطبوط: 2 ؛ الأوردة: 2 ؛ رسالة - مسافات: طبيعي ؛ BACKGROUND-COLOR: rgb (248،252،255)؛ TEXT-INDENT: 0px؛ الخطوط المتغيرة للخطوط: طبيعية ؛ font-variant-caps: normal؛ - Webkit-text-stroke-width: 0px ">

الرقم: ثلاثة مقارنة أداء مصدر الضوء

تتركز معظم شركات إنتاج VCSEL في تصميم الهواتف المحمولة في الولايات المتحدة ، Finsar ، Lumentum ، Princeton Optronic ، Heptagon وغيرها من الشركات. في الوقت الحاضر ، أطلقت شركة Acceleration Technologies منتجات VCSEL التجارية فقط في مجال الاتصالات البصرية.

عدسة الموازاة (الطلب المتزايد): وظيفة عدسة التوازي هي تحويل ضوء الليزر إلى حزمة ضوئية متوازية أسطوانية متوازية ، تتكون عمومًا من مجموعتين من العدسات. تقوم المجموعة الأولى من العدسات أولاً بضغط شعاع الليزر إلى شعاع ضوئي بزاوية أصغر من التشتت. بعد المرور بالمجموعة الثانية من العدسات المحدبة ، تكون الحزمة في الفراغ المكاني هي حزمة موازية أسطوانية متوازية.

تعمل العدسة على مستوى بسكويت الويفر WLO} WaferLevelOptics) بشكل أساسي على إنتاج WLC (الكاميرات ذات مستوى البسكويت) ، وهي عبارة عن تكرار غير كروي لسطحين من الزجاج ، ويمكن أن تنتج رقاقة 8 في أكثر من 6000 قالب في وقت واحد ، ولا تحتاج إلى أن تكون في WLC عملية الحزمة. التركيز ، والحد من عملية التركيز على عدسة الراتنج ، مباشرة على TSV لختم عدسة النسخة دفعة عملية أشباه الموصلات ، ومن ثم اقتطعت في عدسة واحدة ، مقارنة مع وحدة الكاميرا التقليدية ، والحد بشكل كبير من سمك وحدة الكاميرا ويزيل عملية التركيز للوحدة ويمكن تركيبها مباشرة باستخدام معدات SMT. سوف يصبح الاتجاه الرئيسي لوحدة الكاميرا المستقبلية. فيما بينها ، يتم الاحتفاظ معظم براءات الاختراع على مستوى العدسات على مستوى رقاقة في أيدي سباعي. في الصين ، أتقنت تكنولوجيا Jingtian وتكنولوجيا Huatian تكنولوجيات ما بعد المعالجة لعدسة بسكويت الويفر ، ومن المتوقع أن تلحق بالركب.

DOE (فتحة الانعراج): شعاع الليزر المنبعث من VCSEL غير محدد. بعد الموازاة ، يتم تقريب شعاع الليزر ثم يتم استخدام ناشر DOE للحصول على نمط الرقعة المرغوب. في الوقت الحاضر ، يتم عقد براءات الاختراع الرئيسية DOE الناشر من قبل شركات CDA الألمانية. التكنولوجيا المحلية فوجينج لديها بعض التراكم التقني هنا.

استقبال الأشعة تحت الحمراء من 3D وحدة التصوير الأساسية

جهاز استقبال الأشعة تحت الحمراء: يتلقى ضوء الأشعة تحت الحمراء غير المرئية من أحد الموضوعات ويحصل على معلومات مكانية للجسم الذي تم التقاطه من خلال الحساب. يتضمن مستقبل الأشعة تحت الحمراء ثلاثة أجزاء من CMOS خاص بالأشعة تحت الحمراء. مرشح الفرقة الضيقة: عدسة عدسة.

CMOS الأشعة تحت الحمراء (الطلب المتزايد): يستخدم لتلقي بقع الأشعة تحت الحمراء المرسلة. الفرق مع أجهزة الاستشعار التقليدية RPG هو أن أشعة الضوء التي تحتاج إلى تحديدها هي في الغالب ضوء الأشعة تحت الحمراء ، والتي هي سوق متخصصة نسبيا وناضجة ، مع VR المتقلب ، AR ، القيادة بمساعدة ، وتطبيق زيادة التعرف على الوجه ، فإن السوق في المستقبل الزيادة التدريجية! لكن الفجوة في مجال أجهزة الاستشعار المحلية أكثر وضوحا ، من الصعب اختراق المدى القصير.

مرشح النطاق الترددي بالأشعة تحت الحمراء (الطلب المتزايد): يستقبل CMOS الأشعة تحت الحمراء ضوء الأشعة تحت الحمراء في 940 نانومتر. من أجل إزالة تأثير الضوء المحيط ، يلزم وجود مرشح ضوء ضيق النطاق لتصفية معظم الإضاءة المحيطة. يُسمح فقط بتمرير الأشعة تحت الحمراء القريبة من نطاق معين من الأطوال الموجية. في الوقت الحاضر ، تستخدم مرشحات النطاق الضيق النطاق بشكل أساسي مبدأ التداخل ، الذي يتطلب عشرات الطبقات من الطلاء الضوئي. مقارنة مع مرشحات الامتصاص RGB ، فقد صعوبة فنية أعلى وأسعار المنتجات.

وتتركز أساسا القدرة الإنتاجية الرئيسية للفلاتر ضيقة النطاق في الولايات المتحدة VIAVI والأيدي الكهروضوئية الكريستال المحلية ، والموردين محدودة ، هو حاليا أهم اختراق في سلسلة صناعة التصوير 3D المحلية.

العدسة (الطلب غير التزايدي): عدسة العدسة باستخدام التصوير التقليدي ثنائي الأبعاد ، سلسلة الصناعة تنضج نسبيا بشكل رئيسي مع كهروضوئية كريستال ، Da Liguang (3008.TW) ، Yu Jing Optoelectronics.

الكاميرا وحدة خوارزمية رقاقة من وحدة 3D التصوير الأساسية

وحدة الكاميرا (الطلب المتزايد): 2D تكنولوجيا وحدة التصوير ناضجة ، ويأتي الزيادة الرئيسية من

سيؤدي استبدال وحدة التصوير ثلاثي الأبعاد إلى زيادة قيمة الوحدات الفردية. في صناعة تصنيع الوحدات ، هناك شركات مثل Ophelia ، Sunny Optical ، و Chute Technology.

رقاقة معالجة الصور (الطلب المتزايد): صعوبة فنية عالية ، حواجز عالية. يتم الحصول على الصورة ثلاثية الأبعاد من خلال دمج الصورة ثنائية الأبعاد مع معلومات الموقع التي تم الحصول عليها من الأشعة تحت الحمراء. في الوقت الحاضر ، يتم التحكم بالرقاقة بشكل رئيسي من قبل شركة Texas Instruments و STMicroelectronics ، كما أن تقنيات Quanzhi المحلية ، و Beijing Junzheng و Ruixin Micro لها تراكم معين على رقاقة معالجة الصور.

2 ، تكنولوجيا التصوير 3D لحل قيود التصوير 2D ، بيانات عمق التطبيقات المفتوحة الجديدة

سيناريو تطبيق التصوير ثنائي الأبعاد شديد التقييد. المناطق الساخنة للتكنولوجيا الحالية ، مثل التفاعل بين الإنسان والحاسوب ، التعرف على الوجه ، AR / VR ، الملاحة بدون طيار ، ألعاب الحسية الجسدية ، مساعدة السائق ، رؤية الروبوت ، وما إلى ذلك ، كل ما هو أبعد من التصوير المستو 2D.

يمكن للكاميرا ثلاثية الأبعاد تغطية سيناريوهات التطبيقات متعددة النطاقات ، ويمكن للكاميرا ثلاثية الأبعاد الحصول على معلومات ثلاثية الأبعاد في الوقت الفعلي.

تمت إضافة الوظيفة المعيارية للكائن إلى المطاريف الإلكترونية للمستهلكين ، وبالتالي إدخال العديد من سيناريوهات تطبيق "نقطة الألم" ، بما في ذلك التفاعل بين الإنسان والحاسوب ، التعرف على الوجوه ، النمذجة ثلاثية الأبعاد ، AR ، الأمن ، والقيادة بمساعدة.

1) القياسات الحيوية: أساسا تكنولوجيا التعرف على الوجوه وتقنية التعرف على القزحية. من أجل جمع عميق لبيانات تفصيلية عن وجه الإنسان والتلميذ ، يمكن للتصوير ثلاثي الأبعاد أن يكمل جمع بيانات الموقع في الوقت الحقيقي للكائنات الملتقطة ، مما يحسن إلى حد كبير موثوقية القياسات الحيوية. .

خلال السنوات الست من عام 2007 إلى عام 2013 ، بلغ معدل النمو المركب للسوق البيومترية العالمية مستوى حوالي 22 ٪. ومن المتوقع أن يصل حجم السوق في صناعة القياسات الحيوية العالمية إلى 25 مليار دولار بحلول عام 2020.

2) التعرف على الإيماءات: التعرف على الإيماءات يحرر إيماءات تقليدية من الشاشة ، إيماءات ثنائية الأبعاد الحالية

يمكن التعرف على بعض العمليات البسيطة فقط ، مثل التحكم في بدء تشغيل الفيديو وإيقافه مؤقتًا أو عرض الصور وما إلى ذلك. بالنسبة إلى الألعاب الرياضية الأكثر تعقيدًا أو AR / VR ، لم تكتمل تقنية التعرف على إيماءات الثنائي الأبعاد بعد. إن الأجهزة الذكية المدمجة مع الكاميرا ثلاثية الأبعاد في المستقبل سوف تسهل إلى حد كبير تعميم وتطبيق التعرف على الإيماءات ثلاثية الأبعاد ، والتي ستجلب أيضًا تجربة تفاعلية أقرب إلى الطريقة البشرية من تفاعل شاشة اللمس.

3) القيادة الذكية. يتم تطبيق التصوير ثلاثي الأبعاد على القيادة الذكية ، ويمكنه الحصول بشكل أكبر على معلومات سطح الطريق لتتم إعادتها إلى نظام القيادة الذكي في الوقت الفعلي. يمكن للنظام المساعد إكمال عملية الأوامر الصحيحة وجعل القيادة الذكية المستقبلية أكثر أمانًا.

4) في مجال الأمن الذكي ، يمكن استخدام الكاميرات الذكية لتحليل ما إذا كان سلوك الناس يحتمل أن يكون ضارًا في الصناعة المالية ، ولكن متطلباتها الخوارزمية عالية جدًا.

5) AR / VR: AR / VR يتطور بسرعة وتراكمت الأجهزة ، ولكن

من حيث تقديم المحتوى ، يتم إنشاء معظم محتوى VR بواسطة الكمبيوتر. في المستقبل ، يمكن استخدام كاميرا العمق.

الحصول على المحتوى مباشرة وتحقيق تفاعل الواقع الافتراضي.

وفي الوقت الحالي ، يعمل كل من مصنعي محطات الهاتف المحمول ومصنعي العدسات وحقول الإنترنت والحاسوب على نشر التصوير ثلاثي الأبعاد بشكل نشط ، وسيصبح حقل التصوير ثلاثي الأبعاد المحيط الأزرق القادم في المستقبل.

3 ، والتصوير 3D الفضاء في المستقبل السوق

على مدى عقود ، نضجت تقنيات التصوير والاستشعار ثلاثية الأبعاد في السوق الراقية وحققت نجاحًا كبيرًا في المجالات الطبية والصناعية.

وفقًا لتقرير التصوير والتقرير السوقي المبتكر لشركة Yole الذي تم الإعلان عنه مؤخرًا ، 2016 ، التصوير ثلاثي الأبعاد

وبدأت قطع الاستشعار تظهر توسعًا تجاريًا كبيرًا بحجم سوق يزيد عن 1.3 مليار دولار. في المستقبل القريب ، كان هناك اتجاه التسارع. من خلال الدخول الأول إلى سوق الهواتف الذكية ، سيساعد VR / AR والتطبيقات القابلة للارتداء على زيادة حجم الشحنات. وتشير التقديرات إلى أنه بحلول عام 2022 ، سيتم شحن أكثر من مليار جهاز تصوير ثلاثي الأبعاد. في السنوات الخمس المقبلة ، من المتوقع أن يصل معدل النمو السنوي المركب لسوق قطع التصوير وأجهزة الاستشعار ثلاثية الأبعاد إلى 37.7٪ ، وفي عام 2022 سيصل إلى 9 مليارات دولار أمريكي.

وفقًا لشركة استشارات الأبحاث الذكية ، في عام 2020 ، وصلت شحنات الهواتف الذكية إلى 1.925 مليار وحدة. نتوقع أن معدل التقاط الكاميرا ثلاثية الأبعاد في هاتف Apple المحمول في عام 2017 سيعتمد على اعتماد الكاميرا ثلاثية الأبعاد التي تواجه الواجهة في هاتف iPhone X ، وسوف يكون حوالي 20٪ و 70٪ في 2018 و 90٪ في 2019 و 100٪ في عام 2020 بدأت شركات تصنيع أخرى في وقت متأخر ، ومن المتوقع أنه في عام 2018 و 2019 و 2020 ، سيكون معدل اختراق مخطط الضوء ثلاثي الأبعاد لهيكل التصوير 10٪ و 20٪ و 30٪ على التوالي. وسيصل حجم سوق حلول الضوء الهيكلي للتصوير ثلاثي الأبعاد للهاتف الذكي إلى 4،928 مليون دولار أمريكي وسيحافظ على نمو سريع في السنوات القادمة.