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新iPad Pro带火LiDAR,AR能成苹果生态建设新“风口”吗?

受到客观因素影响,苹果春季新品发布会不得不面临改期或取消,就在人们还在期待新款低价苹果的到来之时,苹果悄然在商店上架了新款的iPad Pro。

相比核心硬件方面从A12X升级到A12Z的小幅进步,最为核心的进步便是加入了“浴霸”摄像机矩阵,在1200万像素广角镜头(主摄像头)的基础上,加入了一枚1000万像素的超广角镜头。而更为重要的是,苹果还加入了一个LiDAR(Light Detection And Ranging,光学雷达),实现了深度测量,借此实现更强大的AR(增强现实)功能。

为了突出这颗“LiDAR”的先进性,苹果甚至在宣传文案中还提到“就连NASA(美国国家航空航天局)也会在下次火星登陆任务中用到它”,虽然大家尚不清楚NASA何时“下次”登陆火星,但和航空航天联系在一起,规格也如火箭一般被吹上了天。

澳门新葡8455最新网站发现,虽然苹果在规格上把这颗光学雷达吹上了天,但在技术原理方面其实就是ToF技术范畴中的一个分支。而且小到手机,大到无人车,都能见到它的身影。

dToF技术,移动传感器的再升级

说到dToF,大家还要从他的本源“ToF”(Time of Flight,飞行时间)讲起。顾名思义,就是通过计算光线发射器(通常为不可见光)与接收器接收到的反射光的时间差,测量雷达与物体之间距离的一项技术。

而这项技术,早些年就已常见于各类半导体产品,例如在手机相机上,通过ToF技术,可以实现测量物体间距,只不过那时更多被称为“红外对焦”、“激光对焦”;再后来更为高级的ToF也被用于物体3D扫描建模、3D人脸识别等。

在刚刚发布iPad Pro上,苹果提到的“dToF”技术,可以看作是上述提到的ToF的进阶版本。

所谓“dToF”,其中“d”是“direct(直接)”的意思,即发射器发射脉冲光线,接受器接收反射光并计算其中时间差,即可实现距离测量。与普通手机红外对焦所采用的iToF(i为indirect,间接),通过连续正弦波之间的相位差计算入射于发射时间差,再去计算物体距离的模式相比,dToF具有响应更快、精度更高、抗干扰性强、感应距离更长等优势,但相对体积更大、成本也更高,对于从硬件电路到App算法都有更为复杂的要求。

同时,无论哪种ToF,受限于移动设备尺寸与发射功率,感应距离通常不超过5米,且距离越远功耗越大、精度越低。

激光雷达的广泛应用

至于LiDAR如何在NASA登陆火星中大显神威,可能离大家“太远”无法感知,然而在自动驾驶领域,LiDAR几乎成为了一项非常主流的技术,同时随着车辆网以及道路“新基建”的建设,可能很快就将照进现实。

图为百度Apollo平台自动驾驶车辆顶部的雷达矩阵

相比移动设备上所采用的光学雷达,车载雷达要面对更为广阔的道路空间、以及更为复杂的道路状况,所以在体积以及发射功率上都会更大。同时由于自动驾驶的核心在于在高速行进的过程中保障安全驾驶,所以更需要厘米级别的精确距离,那对传输时间测量分辨率必须做到1纳秒。

而这样的激光雷达,随着自动驾驶研究的演进,大家很快就能在地球上越来越多地见到。不过,在功能上更接近NASA火星登陆器的的车载激光雷达短期无法摆脱大体积、高成本的制约(单个成本在数万元以上)。而iPad上的LiDAR只是同类产品中的缩微版本。

结构光+ToF,苹果面对AR的双重准备

值得一提是,随着LiDAR元件的加入,新款的iPad Pro成为了苹果首个集正面“3D结构光”与背面“ToF”两种技术方案为一体的机型。

3D结构光作为苹果在2017年苹果 X上首次亮相的技术,通过投影器向物体平面主动投影已知图案,同时通过摄影机采集匹配特征点,来实现对于物体深度信息的测量。

其中3D结构光测量距离最短、精度最高,因此被安顿在正面用于3D人脸解锁、支付认证、以及人像美颜等功能;而ToF虽精度稍逊于结构光,但有效距离更长(5米内),可以辅助设备实现一定空间内深度信息的捕捉,适合在室内进行更为精准的AR应用;而再大范围的取景,由于实际精度要求更低,通过设备现有的摄像头的景深测量即可实现。

2017年,苹果在WWDC上,正式面向开发者推出了ARkit,将相机、动作传感器以及图形处理器等硬件特性与深度感应、人造光渲染等精密算法结合,可以让开发者们将更多 AR 应用代入到 iOS 设备。虽然苹果在AR研究方面起步并不算早,但通过平台对于开发者的强大号召力,通过为开发者提供成熟的开发套件,“催熟”AR应用生态。

可以说,光学雷达的加入,短期内为苹果在建设AR生态上提供了更为丰富的传感器种类,也让iPad这个“平板电脑”的形态在一些功能上做到了传统PC做不到的事,在手机与PC之间争取了更多“夹缝中生存”的机会。

而从长期来看,传感器相关技术的积累,也为苹果日后推出更新形态的硬件产品夯实基础,例如AR眼镜、苹果汽车等,虽然在苹果严格保密的企业学问下,大家尚不能看到这些设备的雏形,但从产品搭载的新技术以及相继曝光的专利来看,这些已经不再是“空中楼阁”。

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