iPad首發(fā)DToF技術背后：蘋果AR生態(tài)落地前的“小算盤”

（高靖宇/文）激光雷達(LiDAR)一向是汽車自動駕駛技術實現(xiàn)的主要部件之一,然而沒有料到的是，它竟被蘋果裝進了新款的iPad Pro 上。

3 月 18 日晚，蘋果官方悄悄上新了 iPad Pro、MacBook Air 和 Mac mini 等數(shù)款新品。

其中新款 iPad Pro最主要的硬件升級并非身后的“浴霸雙攝”，而是攝像頭旁搭載的dToF激光雷達，iPad Pro因此成為了蘋果 ToF技術的首發(fā)平臺。

我們都知道,蘋果每一項技術的應用不是隨便搞個噱頭出來，Touch ID、Face ID等新技術都改變了整個行業(yè)。那么，iPad Pro引入的激光雷達技術到底是什么？背后又有何玄機？

DTOF激光雷達到底是啥黑科技?

iPad Pro上所搭載的激光雷達（Light Detection And Ranging）其實和手機上采用的ToF攝像頭都屬于雷達技術，以飛行時間距離（Time of Flight，飛行時間）捕捉 3D 圖像。主要原理是利用雷達發(fā)射光波，光波遇到不可穿透物體會發(fā)生反射，通過記錄反射光到達接收器的時間，便能快速計算出光源與物體的距離，由此便得到一張被測物體的 3D 圖像。

但是，不同的雷達發(fā)射的光波都不一樣，所獲得的圖像分辨率和清晰度也有差別。

手機通常采用的 ToF 技術選用的雷達波長，發(fā)射的也屬于紅外面光源，接收到的是深度平面信息，成像精度有限，仍然無法捕捉高精度動 3D 圖像。而iPad Pro 選用的激光雷達，其發(fā)射的是脈沖紅外激光，接收單點位置，形成點云圖后再變成三維模型，精度更高。

▲ TOF 相機工作原理

▲通過ToF獲得的物體距離和深度信息圖

此外，激光雷達發(fā)射的光波存在兩種調制方式：直接飛行時間（Direct-ToF）測量和間接飛行時間（Indirect-ToF）測量，直接測距，是通過發(fā)射、接收光并測量光子飛行時間，直接計算確定距離，而非直接測距iToF，是通過測量發(fā)射波形和接收波形間的相位差來換算，從而確定距離，直接測距擁有響應快、功耗低等優(yōu)勢。

蘋果iPad Pro用的就是DToF，而華為Mate30、vivo NEX等機型用的是iToF。DToF相比于iToF在性能上要好很多，但在生產(chǎn)工藝上也更復雜。

由于采用DToF方法，iPad Pro背部的激光雷達將能解決直接測距面臨的低時間分辨率難題，達ps（皮秒）級時間分辨率，精度也不會隨距離拉遠有大的衰減。換句話說，iPad Pro的ToF相機性能將提升的不是一點半點，它帶來了一顆進化版的ToF鏡頭，AR體驗的精準度、流暢度將大大提高，功耗也會大大降低。

蘋果為AR生態(tài)落地打“小算盤”

蘋果引入DTOF激光雷達技術并非為了拍照，而是有自己的“小算盤”。

蘋果表示，支持 ARKit 的應用程序都將自動獲得 LiDAR 所能提供的特性，并且能極大地縮短 AR 建模的速度，提高測量精度，降低抖動、錯位的情況。

蘋果給出了三個典型場景：AR 量身高、AR 游戲和宜家的 AR 家庭裝修。

比如 iPad Pro 的激光雷達掃描儀可以把客廳變成一個現(xiàn)實增強 (AR) 版的《熾熱熔巖 (Hot Lava)》，這是一款電子游戲，其根據(jù)兒童的娛樂活動設計而出，玩具可以跳到家具上以此來避開模擬中的地板熔巖。

此外，通過調用 CAD 應用 Shapr3D，iPad Pro 的激光雷達可以掃描房間創(chuàng)建該房間的 3D 模型，然后用戶可以對該模型展開編輯、將新對象添加到房間中并使用 AR 查看實際房間中添加的對象。

而解剖學應用 Complete anatomy，通過使用激光雷達掃描儀實時測量出某人手臂的運動范圍。宜家 Place 應用也可以通過蘋果的這項功能掃描一個房間然后獲得與之匹配的家具推薦，用戶可以在 AR 中查看擺上去的效果。

據(jù)媒體透露，蘋果的規(guī)劃應該是通過DToF激光雷達掃描儀和iPadOS軟硬一體，把新iPad Pro打造成集開發(fā)AR和體驗AR的工具。以此來吸引那些AR應用開發(fā)的程序員使用iPad Pro來進行調試和編寫AR應用。

有消息稱，蘋果今年下半年將要推出帶有ToF功能的iPhone12， 蘋果如意算盤應該是將iPad和iPhone組合起來，增強ＡＲ硬件和應用，逐步蘋豐富蘋果的AR生態(tài)。

AR行業(yè)“新風向”來了?

在5G時代到來之際，5G除了會帶來極高的網(wǎng)速之外，還會促進部分生態(tài)發(fā)展成熟，這其中就包括AR。從技術角度講，AR結合未來體感技術的加持，將為用戶打造“真實的虛擬世界”。而這，很可能將使AR在5G時代煥發(fā)出新的活力，成為5G時代的一個全新增長點。

事實上，早于5G商用之前，業(yè)界就已經(jīng)有包括華為、vivo、OPPO、三星、LG、索尼在內(nèi)的多家手機品牌，已經(jīng)先后展示或者推出了他們基于ToF技術的機型。

2018年，OPPO在R17 Pro上首次搭載了TOF 3D立體攝像頭。緊接著vivo在vivo NEX雙屏版上搭載了3D TOF攝像頭；榮耀也推出了搭載3D TOF立體攝像頭的V20。

2019年，搭載TOF的新機開始明顯增加。根據(jù)統(tǒng)計的數(shù)據(jù)顯示，華為、三星、LG這幾家手機廠商均有搭載TOF，其中三星在S10 5G版中前后均采用了TOF攝像頭，同時三星在NOTE系列和A系列中也采用了TOF攝像頭。華為Mate 30 Pro也均采用了TOF攝像頭。

進入2020年，TOF鏡頭在手機端的滲透率有望進一步提升。有業(yè)內(nèi)人士預測， 2020年全球TOF手機的出貨量將達到1.5億臺，而2021年預估將達到5億臺。

然而在TOF手機“表面繁榮”的背后，我們不能忽略的是，當前在AR依然缺少“殺手級”的消費應用，成為AR產(chǎn)業(yè)發(fā)展的一個掣肘。目前，手機廠商正在積極組建自己的AR生態(tài)。

早在2017年WWDC上，蘋果就發(fā)布了ARKit開發(fā)工具，可以讓開發(fā)者為iOS設備開發(fā)AR應用。蘋果官方表示，已經(jīng)向開發(fā)者釋出 iPad Pro 的 ARKit，并預告在今年稍后帶來對應的 AR 應用，涵蓋生活、醫(yī)學、游戲、建筑等不同方向的應用。

華為布局手機AR的核心優(yōu)勢是軟硬件整合。華為于2018年6月發(fā)布AR Engine，并針對麒麟芯片的DSP（數(shù)字處理信號）和NPU進行算法加速。在開發(fā)者生態(tài)層面，華為還牽頭制定了AR/VR的API接口標準，以完善開發(fā)者支持。

▲華為Mate30演示AR技術看車

OPPO也在2018年便組建了ARUnit平臺，針對開發(fā)者設立的能力引擎，該平臺已經(jīng)升級至2.0版本，全新加入了空間計算能力、環(huán)境理解升級、多人AR云和手勢骨骼識別功能。OPPO想要做的就是通過開放性的方式整合各方面的力量，讓自身的AR體驗增強，以便于普及手機AR功能。

▲OPPO開發(fā)的王者榮耀AR相機

隨著TOF鏡頭的升級優(yōu)化、AR生態(tài)打通以及基于5G確定性網(wǎng)絡的業(yè)務體驗保障, 用戶對于AR的需求也會逐漸釋放出來，相信未來手機上的AR體驗能帶來更多的驚喜。

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