AR 3D ToF 智慧眼鏡 3D感測 擴增實境

手機/AR眼鏡揭序幕 3D飛時測距風潮捲土重來

2020-02-04
2017年華碩搭載3D飛時測距(ToF)推出擴增實境(AR)手機,期能透過AR應用刺激手機銷售量,最終卻失敗收場。直到2019年,三星、SONY、LG與OPPO開始相繼推出3D ToF手機,再次掀起3D ToF需求,其中OPPO更推出AR眼鏡,在眾多設備商的帶動下, 有望重新推動3D ToF發展。

 

根據TrendForce LED研究(LEDinside)最新紅外線感測市場報告指出,在2019年智慧型手機整體出貨預估衰退的情況下,手機品牌廠商針對2019下半年旗艦機展開規格競賽,3D感測模組成為其中一項重要配備。受此趨勢帶動,預估2019年手機3D感測用VCSEL市場產值有望成長至11.39億美元。

可望成手機標配 3D ToF滲透率節節攀升

TrendForce研究經理吳盈潔表示,2019年除了蘋果iPhone全面搭載臉部3D辨識外,包括三星(Samsung)、華為與SONY也在2019下半年的旗艦機種搭載後鏡頭3D感測(World Facing 3D Sensing)。到2020年估計將有近10款高階機種可能採用3D感測方案,且部分機種將擴大至前後鏡頭皆採用。

英飛凌(Infineon)大中華區射頻及感測元件暨電源管理及多元電子事業處總監麥正奇(圖1)提到,近兩年已有數家手機大廠在前後鏡頭採用英飛凌的3D ToF感測解決方案,越來越多指標性手機大廠投入ToF技術的應用,未來ToF也有望成為手機的標配。

圖1  英飛凌大中華區射頻及感測元件暨電源管理及多元電子事業處總監麥正奇

麥正奇表示,當3D ToF促成的新應用可以改善生活中的痛點及帶來更好的體驗時(例如對焦精準度、拍照及特效功能的優化),亦會驅動手機廠商更加考量配備此技術,並漸漸滲透至中低階機款,變成是一個由消費者體驗驅動的市場。從成本層面來說,當滲透率提升出貨量時,自然也會帶動成本的優化,再度促進3D ToF成為手機標配。

3D ToF可以搭載在手機的前鏡頭與後鏡頭,功用也有些許的不同。3D ToF應用於手機前鏡頭可用於人臉辨識或是拍照功能優化,而應用於後鏡頭除了拍照功能優化之外,AR/VR可能會成為一個重要的應用發展方向。

綜觀ToF在手機應用的發展狀況,雖然已有廠商將3D ToF放入前鏡頭使用,但出現的產品款式不多,並沒有像結構光一亮相就吸引各大廠商的投入。ams台灣區總經理李定翰表示,3D ToF與結構光軟體所需負擔的運算程度與設計完全不同,即便3D ToF方案比結構光便宜,但手機廠商卻沒有一窩蜂轉換成3D ToF方案,主因在於手機廠商已花費多時研發結構光演算法,若要換成3D ToF則需再投入人力與資源研究相對應的演算法,故通常手機廠商不會毅然決然的下如此決心,而這也是3D ToF在前鏡頭發展緩步的原因。

不過由於結構光技術的專利多為蘋果所擁有,非蘋陣營想要跨入,很容易會有侵權的問題。因此非蘋陣營若要走向歐美市場,就必須要發展其他技術,3D ToF就會是一種選擇。

另一方面,反觀1D ToF卻存在於手機應用已有很長一段時間,但主要用於後鏡頭。從功能的角度來看,1D ToF對於拍照優化的貢獻度有限(只能做到單點對焦、測單點距離),3D ToF可以做到更精準地對焦,更細緻的解析度,才能滿足未來例如AR/VR應用的需求,讓消費者有更好的體驗。

麥正奇認為,AR/VR會是未來極具發展潛力的應用,端看手機廠商在應用端的發展方向。利用3D深度圖的訊息資料,可以提供應用端無限的想像空間,例如Hologram、3D掃描列印等。

掌握三大關鍵要素 3D ToF發展蓄勢高飛

工研院產科國際所電子與系統研究組/零組件研究部產業分析師謝孟玹(圖2)表示,回顧華碩當時推出支援Tango技術的AR手機,未得消費者的青睞,主要因素可能來自於三大重點。首先是軟體開發套件(Software Development Kit, SDK)/APP尚未成熟;再者,即便許多硬體廠商積極推動,但若無主流的硬體廠商率先投入,較難帶動整體市場發展的效應;最後一點是欠缺透過內容帶動應用的需求,雖說支援AR的應用軟體已經發展一段時間,但仍未出現殺手級應用。於實際應用案例,目前AR遊戲大多為1D或2D的影像呈現,不過,近兩年國內外展覽已有出現多人連線、多人對戰應用,也就是類似寶可夢的AR遊戲可以有多人連線與對戰功能,例如讓神奇寶貝藏在樹後面、衣服底下跟使用者玩捉迷藏,而這類型遊戲方式較屬於3D應用的ToF技術,這也是廠商在觀察AR遊戲是否真能帶動玩家的遊戲需求之處。

總而言之,即便3D ToF為手機帶來許多好處,但若無合理的軟體與應用搭配使用,再好的新技術也只是徒增設備本身的成本,毫無用武之地。因此,對於製造商而言,如何提供終端用戶真正有感的應用,才是3D ToF放在後鏡頭最大的課題。 目前在後鏡頭採用3D ToF技術的手機廠商以Andriod陣營為主,但據傳2020年蘋果亦有計畫於秋季產品發表會上宣布搭載3D ToF的新款手機,若此屆時勢必會掀起一波新浪潮。

謝孟玹認為,如此次蘋果搭載3D ToF的技術在手機上廣受好評,即有可能將該技術下放到其他蘋果旗下的產品線,如筆電、平板電腦或AR眼鏡。整體看來AR眼鏡極有可能是在真無線藍牙耳機(TWS)之後,蘋果下一款智慧穿戴的明星商品。

智慧眼鏡的發展正突飛猛進,可看到目前製造商所推出的智慧眼鏡已打破以往厚重的設計樣貌,逐漸走向類似於一般眼鏡的外觀,但保有智慧的能力。可看到2019年底,OPPO就推出一款搭載3D ToF的AR眼鏡,據了解這款AR眼鏡內建四顆鏡頭,分別是3D ToF鏡頭、RGB鏡頭及兩顆魚眼鏡頭。此外,更加裝了麥克風與實體按鍵,使用者可以通過手勢和語音來控制AR眼鏡。

圖2  工研院產科國際所電子與系統研究組/零組件研究部產業分析師謝孟玹

另一方面,一家專注於開發AR智慧眼鏡的硬體及演算法新創公司Oglass,在2019年8月推出兩款搭載3D ToF的智慧眼鏡--RealX、Denny2,鎖定AR應用需求,其中RealX是重量僅有70克的消費型AR眼鏡。

除了消費性應用之外,ToF技術亦朝向垂直應用領域發展。在工業4.0的環境中,有著快速換線的應用需求,ToF本身可支援快速避障功能,非常適用於無人搬運車的使用。

麥正奇表示,汽車應用因為牽涉到安全性,需要更多的開發時程與驗證,但未來ToF導入車用也將會是一個趨勢。目前英飛凌的ToF技術已獲一級車廠導入作為手勢辨別應用。除了車內的手勢辨別之外,於汽車應用領域中,ToF可支援倒車測距的功能,彌補倒車雷達在某些環境的感測漏洞問題,針對這部分,英飛凌正積極投入研發在3D ToF與雷達項目的優化。

在智慧零售部分,謝孟玹談到,在中國大陸地區已有O2O業者,如百度、阿里巴巴等廠商推出新零售的應用,透過虛實整合的零售應用,加速產品銷售販賣,像是虛擬試裝就是其中一種應用。整體看來,3D感測發展需要軟硬體方案的相輔相成,才有望帶動相關供應鏈的發展。以手機硬體、系統廠的角度,目前蘋果的產品規畫仍是指標性的動向,而另一方面在軟體應用上,中國大陸廠商已經慢慢走出自己的路。

無論是手機、智慧穿戴或垂直應用領域,皆有越來越多ToF的身影,預期在2020年,3D ToF的滲透率將會有長足的增加。 以晶片製造商的角度來看,1D ToF市場已經接近飽和,在追求利潤極大化的前提下,已有許多晶片商推出新一代3D ToF方案,如英飛凌在CES上發表第五代REAL3單晶片解決方案,而意法半導體(ST)也於日前發布第四代FlightSense系列產品,提供給製造商更多可以發展的空間。


 

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