dToF传感器:苹果为什么做出选择?

SSDFans 2020-06-23 00:00


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苹果在其第四代iPad Pro 的后置摄像头上安装了一个新的传感器——LiDAR Scanner,这种被称为激光雷达的扫描仪是一种“光检测和测距”传感器,它常被应用在汽车无人驾驶技术上,那么苹果会在即将推出的iPhone 12 Pro上也使用它吗?


首先,让我们先来了解什么是LiDAR,LiDAR是一种使用激光创建雷达的传感器,该雷达可探测环境并精确测量距离。如果这听起来有点耳熟,那是因为在过去几年中,Android手机已经在他们的相机中加入了3D时间飞行传感器,这是一种无扫描仪的LiDAR。


传统的ToF被称为iToF,苹果最新使用的LiDAR被称为dToF技术。


LiDAR扫描仪和无扫描仪的LiDAR(如3D ToF传感器)均使用光和飞行时间技术来测量距离。但相比之下,有扫描仪类型的测量结果将更加准确,因为它使用多个激光脉冲而不仅仅是一个大的闪光激光脉冲。


对于安装了3D ToF组件的Android手机,他们已经在增强现实(AR)和bokeh风格的人像模式照片上获得了可观的改进。三星已经在其智能手机上大力推广这些传感器,Galaxy Note 10+、Galaxy S20+和Galaxy S20 Ultra均配备一个。


iPhone 12 Pro和12 Pro Max可能会安装LiDAR扫描仪,但苹果为何选择更昂贵的LiDAR组件(dToF)?原因是尽管与3D ToF技术(iToF)非常相似,但是它们捕获3D信息的方式却有所不同,而苹果认为LiDAR的摄像头效果更好。


LiDAR扫描与无扫描仪3D ToF


LiDAR扫描仪和3D ToF传感器的核心是一样的东西。两者都是基于激光的传感器,利用飞行时间来确定远处物体的距离。他们利用红外线(IR)激光器,测量光从捕获环境中的物体反射所需的时间。


借助复杂的算法,这些传感器可以帮助创建周围区域的3D点云。然后,智能手机可以将信息中转到第一方和第三方应用程序。例如,该数据可以帮助更好地确定照片的景深。另一方面它有助于创建更精确、身临其境的AR体验,可以将人造物体放置和管理在相机镜头所指向的任何真实场景中。


区别在于这两种传感器捕捉3D信息的方式不同。


Android手机使用iToF无扫描仪LiDAR系统。这些系统(例如三星的DepthVision)以单个IR光脉冲照亮该区域(这就是为什么您看不到它的原因)。从场景中的对象反射回来的所有反射都返回到传感器中进行分析,并创建一个3D贴图。使用这种方法的传感器制造起来成本更低但效果显著,这就是为什么最近它在智能手机中的应用越来越多的原因。



   Samsung Galaxy S20 Ultra and Galaxy Note 10+

新的2020 iPad Pro(以及预计即将推出的iPhone 12 Pro机型)使用带扫描的LiDAR系统。它会在一个区域中发送一个较小的脉冲,而不是单个闪光脉冲,并使用飞行时间来确定距离。然后,它以“纳秒级”的速度将光移动到周围环境的其他部分,以捕捉周围环境的其他部分。


由于旋转的LiDAR体积庞大且容易受到外部振动的影响,因此苹果公司使用固态LiDAR,这种类型的LiDAR没有移动部件。目前苹果可能选择使用的两种方法:MEMS(微电子机械系统)或OPA(光学相控阵)。


基于MEMS的扫描仪使用微镜来控制发射方向和聚焦方向;基于OPA的激光器使用光发射器以特定的模式发射出光粒子,从而产生定向发射,系统可以修改发射的大小和焦点,以获取环境中的每一个点。


具体我们还不知道苹果使用的是哪种方法,因为它没有发布这方面的信息,但这两种技术与3D ToF传感器相比,优势几乎相同。


采用LiDAR方法的优势


当光被发射时,不仅仅是预期的反射回来,传感器将接收由环境引起的间接反射、离角反射和多重反射。


虽然算法有助于最小化反射光的信噪比,但这些本身就复杂的问题会变得更难以计算,特别是当使用单一闪光同时接收所有的反射时。单次闪光激光脉冲的结果距离可能被错误测量,通常比实际距离要大得多,这会干扰AR的沉浸感并破坏了照片和视频中bokeh效果的准确性。


这就是为什么说扫描dToF LiDAR(例如Apple的LiDAR Scanner)是对3D ToF传感器的改进。LiDAR扫描仪逐点绘制区域图,将接收到的噪声降至最低,从而获得更准确的读数和3D点云。



另外,镜面是一个平坦的表面,可以产生镜面反射,Android智能手机中使用的iToF传感器也容易受到镜面反射光的影响。


另一件需要考虑的事情是LiDAR可以测量多远的距离。苹果最初发布的这项技术和大多数3D ToF传感器一样,只能显示5米的距离。然而,基于dToF的LiDAR可以比iToF探测到更远的距离,所以在未来,我们可以看到苹果公司在距离上击败竞争对手。


原文连接:

https://ios.gadgethacks.com/news/lidar-vs-3d-tof-sensors-apple-is-making-ar-better-for-smartphones-0280778/


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