三維（3D）技術(shù)是一項重大的科學(xué)突破。

這是一種深度感應(yīng)技術(shù)，可增強相機的面部和物體識別能力。捕獲現(xiàn)實世界對象的長度，寬度和高度的過程比使用多種不同技術(shù)所能實現(xiàn)的更加清晰和深入。3D技術(shù)在感知和處理日?；顒臃矫嫣峁┝霜毺氐倪M步。

3D真正改變了游戲規(guī)則，因為制造商爭先恐后地將3D傳感技術(shù)融入到諸如手機之類的消費產(chǎn)品中。

北京時間2020年10月14日凌晨，蘋果正式發(fā)布了iPhone 12系列四款機型，跟之前爆料的一樣，iPhone 12 Pro和iPhone 12 Pro Max都加入了此前iPad Pro曾率先采用的基于dToF技術(shù)的激光雷達掃描儀，這也意味著蘋果在ToF技術(shù)應(yīng)用上的進一步加碼，而此舉或?qū)⒓铀僖麄€ToF市場。

3D傳感技術(shù)使用光學(xué)技術(shù)模仿人類視覺系統(tǒng)，從而促進了增強現(xiàn)實，人工智能（人工智能）和物聯(lián)網(wǎng)（IoT）的出現(xiàn)和集成。這在消費者應(yīng)用中創(chuàng)造了獨特的機會。

推動3D傳感進步的關(guān)鍵技術(shù)

3D傳感的發(fā)展與實現(xiàn)需要開發(fā)高質(zhì)量傳感器和高效算法。例如，垂直腔面發(fā)射激光器(VCSEL)正在取代LED或邊緣發(fā)射激光二極管，成為3D傳感的主流光源技術(shù)，因為它們簡單、光譜窄、溫度穩(wěn)定。

許多推動3D傳感進步的關(guān)鍵技術(shù)都有其優(yōu)點和缺點。立體視覺、結(jié)構(gòu)光模式和飛行時間是3D傳感的三種技術(shù)。這三種技術(shù)都有其共同的用例和各自的優(yōu)勢。

●立體視覺

立體視覺技術(shù)的結(jié)構(gòu)來源于人眼捕捉任何圖像的方式。兩個攝像頭被放置在稍微偏移的位置（就像人眼一樣）。然后，利用軟件將兩幅捕捉到的圖像合并成一張圖片。不同的攝像頭位置所產(chǎn)生的微小差異，就形成了立體，即3D畫面。

在輔助立體視覺中，部署了一個激光投影模塊，它在物體或場景上投射出圓點，幫助攝像機更容易聚焦。捕捉到的圖像經(jīng)過處理后，會呈現(xiàn)出深度效果。

例如，安裝在門口等處用于監(jiān)控人員行動的子彈攝像機就采用了這種技術(shù)。美國FLIR Systems公司生產(chǎn)的立體視覺攝像機系統(tǒng)就采用立體視覺技術(shù)。

●結(jié)構(gòu)化光型

結(jié)構(gòu)化光型3D傳感的工作原理是：先由線、方塊(周期性結(jié)構(gòu))或點組成的光圖案通過激光投影模塊投射到物體或場景上，再通過反射光形成一個扭曲的圖案。然后，來自目標的反射光被安裝在投影模塊上的三角形攝像機捕捉，再通過投影模塊和攝像機之間的三角測量實現(xiàn)的圖案變形有助于獲取物體或場景的三維坐標。

最常見的例子是iPhone X中使用的真深度攝像頭，這種技術(shù)的前置攝像頭增加了一個紅外發(fā)射器，可以將超過3萬個已知圖案的點投射到用戶的臉上。然后，這些點會被專門的紅外相機拍攝下來進行分析，從而將分析后的圖像用于訪問手機。

●飛行時間(ToF)

3D ToF直接由投影模塊發(fā)射短光閃光，再由攝像模塊捕捉，并與系統(tǒng)集成。計算出光從發(fā)射器到物體再到相機所需的時間，然后用坐標對數(shù)據(jù)進行處理，生成三維圖像。

在某些情況下，相位差被用來計算被檢測物體的深度和運動。光源在整個工作溫度范圍內(nèi)的波長穩(wěn)定性對保持跟蹤精度至關(guān)重要，因為通常在接收路徑中應(yīng)用濾波器以最小化接收信號中的噪聲。

飛行時間相機傳感器可用于物體掃描、測量距離、室內(nèi)導(dǎo)航、避障、手勢識別、跟蹤物體、測量體積、反應(yīng)式高度計、3D攝影和增強現(xiàn)實游戲等。

3D傳感技術(shù)的應(yīng)用

在過去的10年里，消費電子市場經(jīng)歷了3D深度感應(yīng)技術(shù)的緩慢應(yīng)用。該技術(shù)的首次商業(yè)應(yīng)用是在游戲領(lǐng)域。

隨著發(fā)展，3D深度感應(yīng)技術(shù)在3D成像和檢測領(lǐng)域的適用性有所擴大。移動設(shè)備能夠以三維而非二維的方式捕捉圖片，這也是促使三維傳感技術(shù)應(yīng)用性不斷增強的關(guān)鍵因素之一。

與3D傳感相比，虹膜掃描是一種更簡單的技術(shù)，它在視頻圖像上使用數(shù)學(xué)模式識別技術(shù)。它可以讓攝像模塊掃描你的眼睛，將虹膜與文件上的圖像進行對比，并以類似過去指紋的方式確認用戶的身份。虹膜掃描技術(shù)應(yīng)用于門禁控制、汽車安全和移動支付等場景中，三星Galaxy S9和S9+就嵌入了虹膜掃描技術(shù)。

而由于對虛擬化解決方案的需求不斷增加，3D傳感技術(shù)在機器人行業(yè)的適用性已經(jīng)擴大。這項技術(shù)越來越多地應(yīng)用于消費類、汽車、無人機和工業(yè)應(yīng)用。

1、消費性電子產(chǎn)品的應(yīng)用

手勢應(yīng)用將人類的動作（臉部、手部、手指或全身）轉(zhuǎn)化為符號指令，以指揮游戲機、智能電視或便攜式計算設(shè)備。

在游戲行業(yè)中，3D傳感的使用非常顯著。3D傳感技術(shù)在虛擬現(xiàn)實游戲中的使用，幫助玩家僅僅通過手勢控制游戲，而不需要與游戲機有任何物理接觸。許多這些用例都依賴于智能軟件，特別是在涉及到由機器學(xué)習(xí)驅(qū)動的圖像識別情況時。智能手機公司正專注于在其設(shè)備中加入3D傳感器。

第一代AR依靠標準后置攝像頭，已經(jīng)開始影響社交媒體和電子商務(wù)。它允許社交媒體用戶創(chuàng)造有趣的3D效果，并幫助宜家等家具制造商的客戶在購買家具之前虛擬地放置和布置家具。

計算機視覺信號處理、機器學(xué)習(xí)和ToF等技術(shù)的結(jié)合，有助于電子產(chǎn)品或其功能的創(chuàng)造。但3D傳感技術(shù)在消費電子行業(yè)面臨著三個明顯的挑戰(zhàn)：

需要精確測量設(shè)備與用戶之間的距離。

需要具體解釋ToF或結(jié)構(gòu)光的參數(shù)，同時進行面部或虹膜識別的算法。

與使用時消耗的電量有關(guān)的缺點，如電池壽命。

2、汽車行業(yè)的應(yīng)用

3D傳感技術(shù)可以在檢測到汽車附近的人和物體時，向駕駛員發(fā)出警報，從而提高安全性；它還有助于輔助駕駛，比如該技術(shù)被長途司機用來監(jiān)控自己的行為：卡車內(nèi)部的一個裝置會檢測到司機的動作，并發(fā)出警告。

輔助駕駛/自動駕駛輔助系統(tǒng)(AD/ADAS)集成了3D傳感技術(shù)，在增強駕駛體驗的同時，提高了安全性。AD主要采用ToF傳感器進行檢測和輔助動作。

3D傳感技術(shù)還有助于提高駕駛者的舒適性和便利性，為他們提供訪問信息娛樂控制、駕駛艙控制和換檔控制等功能。意法半導(dǎo)體開發(fā)的ToF 3D深度傳感器在非手勢應(yīng)用方面有多種用途。

汽車行業(yè)在使用ToF深度測距相機方面走在了無人機行業(yè)的前面，而在無人機中使用3D傳感技術(shù)仍在不斷發(fā)展。

3、無人機中的應(yīng)用

一些技術(shù)公司將3D傳感器、軟件和算法結(jié)合起來，以提供一個全面的解決方案。例如，無人機可以結(jié)合ToF、激光雷達、立體視覺和超聲波傳感器，使其能夠在自主飛行模式下與避撞系統(tǒng)一起工作。

下面列出了3D傳感在無人機中的各種應(yīng)用：室內(nèi)導(dǎo)航、手勢識別、對象掃描、避免碰撞、追蹤對象、測量體積、監(jiān)視目標區(qū)、計數(shù)物體或人、快速精確的目標距離讀數(shù)、增強現(xiàn)實/虛擬現(xiàn)實、估計物體的尺寸和形狀、

增強型3D攝影

4、應(yīng)用于電子小工具

蘋果、三星和索尼等各大電子巨頭都在他們的小工具中加入了3D傳感技術(shù)，以提供最獨特的用戶體驗。

比如，目前一種可以透過墻壁捕捉圖像的3D成像傳感器正在開發(fā)中。這一功能可能是家庭安全系統(tǒng)的重大突破，因為個人可以從遠處監(jiān)控家中的不同房間。該傳感功能可針對有線電視公司、寬帶和智能家居領(lǐng)域。由于傳感器能夠監(jiān)控一個房間內(nèi)幾個人的動作和活動，因此有望確保住宅的絕對安全。該功能可能有助于減少有線電視公司提供的設(shè)備的安裝周轉(zhuǎn)時間。

結(jié)語

3D傳感旨在將設(shè)備與現(xiàn)實世界連接起來，以提升終端用戶的體驗。

3D傳感在智能手機中的應(yīng)用越來越多，一方面推動了手機的小型化、功耗和成本的降低，另一方面也推動了性能的提升。這也使得3D傳感在其他終端應(yīng)用中的擴大使用，如汽車和工業(yè)機器人。

未來幾年，這些應(yīng)用對3D傳感的需求或?qū)⑹且环N硬需求，因為這些應(yīng)用都有安全或保障的成分，而這正是3D傳感的優(yōu)勢所在。