华为又要尝鲜“未来技术”？12月神秘新机或将开启3D摄影新时代

（图片来源于网络）

据外媒最新消息，华为计划推出一款配有能够拍摄3D照片的摄像头新手机，本月就将发布。

按照目前公布的进程，华为本月17日将发布Nova系列的新机型Nova 4，不过，消息人士透露，这款将于本月发布的新手机代号为“普林斯顿”，而根据之前消息，这应该是荣耀V系列新机V20的代号。

去年的荣耀V10发布时间是在11月，因此，荣耀V20至今为止毫无消息，一度引起了不少人的好奇。前几天就有人在微博上问荣耀总裁赵明，为什么还不发布荣耀20和V20，当时赵明回答是在“憋大招”，现在看来，这个“大招”应该就是这个3D摄像技术。

据另一位知情人士所说，新机型将使用索尼的传感器，但是算法由华为自研还是索尼提供，尚不清楚。

这一在华为内部被称作“3D相机”的技术出现时，正值智能手机行业的关键时刻。随着消费者升级手机的理由越来越少，智能手机行业正面临着全球需求的降温。华为的目标是通过向用户提供实时生成自身和环境的3D模型并与其他人分享的能力，来提高销售额，并从苹果等竞争对手那里赢得市场份额。

富士奇美拉研究院驻东京传感器分析师Yusuke Toyoda表示：“这是一项从未见过的技术，在发展到极致时，可能可以改变我们观赏这个世界的方法。”

实际上，这位分析师的话可能有点小错误。根据相关消息人士简单透露的3D相机成像原理——传感器精确测度从物体表面反射的光线，从而判断出物体的距离，小编发现，这种技术很可能就是所谓的“飞行时间”(Time of Flight，TOF)技术，不同点在于，TOF用的是近红外光，而华为的这项技术细节尚不确定。

如果真的是TOF技术，那么该分析师说的“从未见过”就不成立了。实际上，国内厂商vivo、OPPO很早前就爆出正在研究TOF技术，vivo在6月的MWC上公开展示了他们的技术成果，而OPPO下半年推出的R17 Pro，更是成为了首款商用TOF技术的手机。可惜的是，目前技术和应用皆不成熟，只能用来识别手势等。毫无疑问的是，这项技术必然是手机行业的未来。

小编之所以敢下如此定论，是因为全球手机行业的顶级巨头，目前都在研究这项技术。据消息人士透露，苹果打算在2019年新款iPhone上部署相关技术。据了解，其3D结构光组件提供商AMS正与高通合作，开发使用VCSEL和光学成像技术的3D深度传感相机解决方案，未来应用在3D成像、扫描和生物特征脸部认证上。据供应链消息，在3D相机传感器上，苹果可能会选择LG的组件。

AMS和苹果共同研发3D相机的同时，3巨头剩下的1家也没闲着。有消息称，SEMCO和Patron正和三星合力研发3D传感器模块。消费者最快可能在几个月后的Galaxy S10+或者是传说中的Galaxy S10 5G上面看到，之后会在中端机型Galaxy A系列中普及。

另外还有消息称，高通会在下一代旗舰SoC骁龙855中整合3D传感算法，考虑到高通芯片的广泛应用，TOF技术的迅速普及和成熟，应该是板上钉钉的事。

说了这么多和TOF有关的产业动态，可能有很多还根本不知道TOF是什么。接下来，本文就将详细介绍这种即将到来的先进摄像技术。

TOF的技术原理很简单，即传感器发出经调制的近红外光，遇物体后反射，传感器通过计算光线发射和反射时间差或相位差，来换算被拍摄景物的距离，以产生深度信息，此外再结合传统的相机拍摄，就能将物体的三维轮廓以不同颜色代表不同距离的地形图方式呈现出来。和我们已经在iPhone X、OPPO Find X和Mate 20 Pro手机上见过的3D结构光一样，TOF实际上也是给2D图像添加了深度信息。

从技术发展来看，TOF其实算不上新东西。军事和工业级别的激光雷达上基本都应用了这项技术，利用激光束的反射探测物体的位置和移动状况，结合其他传感器获取完整的深度信息，这就是自动汽车驾驶系统避障的原理之一。

不过，之前的技术和手机上的TOF不完全是一回事，最大的问题就在于小型化上面。大体上看，ToF相机与普通相机成像过程类似，主要由光源、感光芯片、镜头、传感器、驱动控制电路以及处理电路等几部分关键单元组成。

不过由于该技术对光线有要求，需要配备专门的近红外光发射器。同时，相机还需要配备特质的感光芯片。根据像素单元的数量，TOF感光芯片分为单点和面阵式感光芯片，单点TOF相机需要通过逐点扫描方式获取被探测物体三维几何结构，面阵式ToF相机则只需拍摄一张场景图片，即可实时获取整个场景的表面几何结构信息。多了2个定制设备，要在寸土寸金的手机内部塞下整套组件实属不易。

还有一个问题是功耗。此前，TOF芯片多是CCD类型的，功耗高、发热大，对于电池续航本就捉襟见肘的手机不啻为一个大问题，这也是TOF由来已久却迟迟没有应用于手机端的原因之一。

好在，在图像行业领头羊索尼的带领下，TOF芯片实现了从CCD到CMOS的进步。索尼去年12月推出的IMX456QL CMOS，功耗仅为CCD方案的20%-30%。并且据索尼的说法，该传感器结合了2种像素技术，一是提高反射光信号读取精度的像素技术，二是背照式CMOS影像传感器的像素技术，从而大幅提升了光线收集率和测距速度。该传感器搭载了高感光度的驱动模式，即使远距离也可实现高精度测距。

之所以在有了3D结构光的情况下，业界还在加紧研究新的3D摄影方案，是因为3D结构光有太多限制之处。3D结构光的工作原理是几何学上最常见的三角测量法，这就要求投射器和接收模组之间存在至少20mm的位置差，且距离越远精度越高，iPhone X为它们留下了27mm的距离，宽大的刘海也因此而来。

相反，TOF相机要求光源发射器和接收器的距离越近越好，越近，发射-接收路径不同导致的误差就越小，具有天然的小型化优势。

此外，3D结构光组件在供货和组装上，难度都非常大。由于3D结构光是将特定的图案投射到物体上，再拍照计算，VCSEL制造对图案表现的一致性、器件高温漂移情况、发热表现、耐环境高温等都会有更高的要求，有丝毫误差，都可能造成算法失准。组装时同样如此，一旦投射-接收模组之间的位置或角度稍微偏移，都会带来深度计算的误差。这是对模组供应商和手机厂商生产能力的一种考验，而且低良率势必带来高成本和昂贵的价格。

TOF完全不一样。TOF的VCSEL只需要最常规的规则排列，几乎有点底子的厂商都能生产，供货容易。而在组装上，只需确保相位接收正确，对组装精度要求更低，生产上会容易得多。iPhone X刚出来时，由于3D结构光组件组装良率低导致供货不足的悲剧，以后就能不再上演。

说了那么多，TOF到底有什么用?

回到之前的观点，无论TOF还是3D结构光，最本质的特征就是给图像增加了深度数据，从安全性上说，肯定比2D图像的安全性要高一些，因此，高精度人脸识别将是其主要应用刚需之一。据业内可靠消息称，目前TOF已基本具备实现人脸支付的能力，人脸占据一定像素以上便可实现支付。

相较3D结构光而言，在近距离情况下，TOF可能没有那么精确，但其胜在感应距离远，无需把手机凑到脸上，就能实现刷脸支付。

同样，因为3D结构光只能近距离使用，因此，在公认的未来3D摄影技术应用方向——AR上，它已经宣布无缘了。试想，如果要将一个巨大的玩偶扫描进手机，用TOF技术可以轻易做到，但是用结构光，你必须十几厘米的距离上一寸一寸扫完，恐怕要浪费不少时间。因此，未来的AR游戏、AR装潢、3D试装、体感游戏、全息影像交互等场景，都是TOF技术的主场。

另外，除了手机，TOF的感测能力可支持各种功能，包括各种用户创新界面的接近检测或手势感应，因而在计算机、家用电器、消费电子、工业自动化、机器人、无人机等领域，都有光明的前途。

综合TOF应用便捷集成度高、供货稳定、可玩性强等多方面的优势，并随着TOF精度的不断改良，后续替代结构光方案成为前摄应用看起来有很大可能。TOF以其多方面的优势，成为旗舰手机3D成像的主要方案，已成为不争的事实。同时，目前已有手机终端在预研红外双摄方案，用以替代结构光成为中低端手机前置3D方案的选择。3D市场风云变幻，结构光看起来越来越冷清了。