ams将利用3D传感技术助力智能手机摄影

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3D摄像头已实现智能手机3D动画表情的制作。现在,ams希望利用3D传感技术帮助智能手机捕捉更精准的色彩。

据介绍,扫描和渲染3D物体的摄像头现已成为智能手机、无人机、机器人和汽车的高端“标配”。与合适的软件配合使用,3D摄像头可以以更低的成本,在更多的环境下感应光线明暗、物体运动和纹理。

位于奥地利某城堡原址的ams(艾迈斯半导体)是全球微型激光器和低功率光学传感器的制造商,为大多数摄像头系统厂商提供手势识别或跟踪眼球瞬间运动的传感器。该公司的传感器技术为在不同环境中运行的各种消费和工业设备提供准确的感测结果。

 

ams将利用3D传感技术助力智能手机摄影

结构光模组将特定结构的图案投射到物体上以测量物体的距离

ams拥有一支由1200名工程师组成的研发团队,随着3D传感需求的不断增长,ams将研发资源和预算集中于三种主流3D传感系统:结构光、飞行时间(ToF)和主动立体视觉。

结构光摄像头投射出具有一定结构特征的图案至物体上,并采集反射回来的变形图案,以此计算物体的位置和深度信息;ToF传感器能够实时测量光线从物体往返的飞行时间,以实现快速的深度测量,比较适合中远距离应用;主动立体视觉系统结合了两个或多个的近红外摄像头,利用三角测量法对物体的深度信息进行计算。

为了捕获上述3D测量数据,3D摄像头需要自己的光源。通常情况下,这种光源是嵌入摄像头附近的微型激光器,为使得肉眼无法可见,多数制造商使用红外激光器。

ams提供垂直腔面发射激光器(VCSEL)作为3D摄像头的光源,这种激光器可以产生稳定的泛光照明源,或满足摄像头制造商特定需求的特殊图案。ams推出的一种名为PARSENN的新型点阵投影模组可以发射30000个随机红外光点来照亮物体。该公司新推出的泛光照明模组MERANO-NIR可产生大量红外泛光源,帮助ToF传感器创建人体或其它场景的三维图像。

ams光学传感器创新副总裁Markus Rossi最近与《IEEE Spectrum》杂志探讨了快速发展的3D传感市场的未来趋势,以及用户如何改进使用智能手机拍摄的照片。

ams将利用3D传感技术助力智能手机摄影

ams光学传感器创新副总裁Markus Rossi

IEEE Spectrum:到目前为止,我们已经看到了3D传感的广泛应用,请您对这项技术的发展趋势进行预测。

Markus Rossi:人脸识别是当今3D传感技术的主要应用,但这肯定不是唯一的应用。未来,我们将看到3D传感技术在人类关注的所有重点领域得到进一步发展。

目前,ams的这项技术处于全球领先水平。举例来说,我们的3D传感技术被用于增强智能手机的摄影效果(帮助添加灯光滤镜和散景效果),使用用户的面部特征创建头像和动画表情。

不仅如此,3D传感技术在汽车领域也变得越来越重要,无论是车外还是车内应用。针对车外应用,我们正在开发激光雷达(LiDAR),这是一种用于自动驾驶的固态3D激光扫描系统,可探测车辆周围的物体及其距离。

针对车内应用,我们正在研究如何使用3D传感技术来监控驾驶员,以及协调驾驶员与车辆之间的工作交接。这包括开发能够识别驾驶员、确认乘客姿势以及检测车辆周围物体的车内系统。因此,假如有客户正在酝酿汽车共享计划,或者负责管理车队车辆,那么这项技术可以让他们清楚地识别驾驶员。

我们也看到其它终端应用对3D传感技术需求的不断增长,例如工业机器人、智能家居和智能建筑。

IEEE Spectrum:3D传感技术的进步对于智能手机摄影意味着什么?

Markus Rossi:为图像添加更多3D信息可以让用户拍摄出更好的照片,或者为用户拍摄的照片添加灯光效果。在拍摄照片时,还可以改变焦深和不同光源的角度。通过3D传感技术,用户甚至可以在照片中放置新的人造光源以在脸部创建阴影。

由于3D传感技术的进步,用户通过前置(自拍)摄像头拍摄的照片已越来越完美,这一技术也将很快在全球范围内得以应用。

这些功能让用户拍摄出更接近专业相机品质的照片或视频,这是3D传感技术应用于智能手机的成功案例之一。

IEEE Spectrum:一些3D传感技术依赖于检测反射光,这通常对光强有何要求?而这些系统又在什么样的条件下工作?

ams将利用3D传感技术助力智能手机摄影

Markus Rossi:一般来说,在近距离(例如40~60厘米)检测反射光(来自点阵投影仪或泛光照明器)对当前系统来说不是主要挑战,并且这些系统被设定为可在许多不同室内场景中工作。最关键的场景是在户外,反射光强度必须足够,以便在阳光充足时被光学传感器探测到。这可以通过高灵敏度传感器、近红外传感器、优化的带通滤波器和各种其它系统级优化来实现。

IEEE Spectrum:ams提供智能手机和其它设备3D传感所需的软硬件,要使这些系统协同工作需要克服的最大障碍是什么?

Markus Rossi:ams只提供了部分关键硬件,而不是全部。由于3D传感系统非常复杂,所有组件和子系统都需要成为系统设计的一部分。因此,与Qualcomm(高通)和Bellus3D(ams主动立体视觉软件合作伙伴)等业界伙伴的密切合作对我们的成功至关重要。

IEEE Spectrum:3D传感系统被选定用于特定的产品,是否需要进行校准或测试?如果是,请介绍下相关流程。

Markus Rossi:对于三种3D传感系统来讲,校准非常重要。无论是在代工厂完成校准还是实时校准,都是如此。ams已经为这两种类型的校准开发了对应的算法。

例如,为了利用基于三角测量法的主动立体视觉进行深度感测,摄像头需要定位在特定基线(通常在25毫米的范围内),该距离需要保持恒定在1微米或几分之一微米内。机械冲击或温度的微弱变化可能会影响其性能。为了解决这个问题,我们需要掌握光学和硬件设计。

IEEE Spectrum:你们为希望采用3D传感技术的系统集成商提供哪些配置、定制项目和选项?

Markus Rossi:我们可以根据客户的需求来修改传感器的软硬件配置。根据生产周期的不同,ams将快速提供标准的交钥匙方案或与客户合作开发完全定制的硬件模块。

 

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