論3D感知與智能交互的技術(shù)發(fā)展，解歌爾成功的八字箴言

　　人機交互作為互聯(lián)網(wǎng)，甚至物聯(lián)網(wǎng)時代的重要技術(shù)方向之一，從最早的按鍵到之后的觸控筆、觸摸屏，極大地帶動了PC及手機向便攜和智能時代的跨越。而近年來的3D感知與微型投影技術(shù)將會進一步解放雙手，預計將會實現(xiàn)按鍵、觸控之后的第三次人機交互跨越。

3D感知和智能交互應用市場現(xiàn)狀及發(fā)展

　　當下的3D感知和智能交互應用市場分為兩個端，即輸入端和輸出端。

　　輸入端通過3D景深可以實現(xiàn)智能交互，這對3D在智能硬件中的應用會有很大的推動作用。近些年也有眾多典型智能交互案例，包括針對互聯(lián)網(wǎng)購物、裝修都已經(jīng)有很好的應用，未來的VR和AR也會結(jié)合影像、3D建模和3D展示將會有很大的發(fā)展空間。

圖1 3D感知與智能交互系統(tǒng)的應用市場

　　隨著智能音箱引爆市場，大家對輸出端交付迫切需求也開始出現(xiàn)，其中，嵌入式市場是輸出端主要增長領(lǐng)域，其年復合增長率在30%以上，而在智能音響之后，預計未來隨著智能交互的需求度不斷提升，將會有更多對視頻展示的智能硬件出現(xiàn)。尤其隨著小型化技術(shù)的發(fā)展，輸出端市場也會不斷拓展。另外，由于現(xiàn)在人眼視力普遍在下降，尤其是孩子的視力下降已經(jīng)不容忽視，因而，教育市場也是未來人機交互很重要的一個領(lǐng)域。

　　據(jù)相關(guān)報告顯示，3D傳感市場規(guī)模將從2016年的13.28億美元增長到2022年的90.34億美元，年復合增長率高達38%。而隨著國際巨頭導入3D攝像技術(shù)，人臉識別和手勢識別應用將率先脫穎而出，市場空間有望迎來爆發(fā)式增長。而智能音箱、智能機器人、智能手機/平板、智能穿戴、AR等一系列交互式微投應用場景興起，微投影市場(尤其是嵌入式微投)也將迎來快速增長。在不久的將來，3D感知與微投影智能交互或?qū)⒊蔀橹悄芙K端的“標配”。

圖2 3D傳感市場市場分布圖

3D感知交互技術(shù)

　　3D攝像目前有三條主流技術(shù)路線，即TOF、結(jié)構(gòu)光和多角成像(也稱雙目立體視覺技術(shù))。

　　TOF是通過主動發(fā)射調(diào)制后的連續(xù)光脈沖信號到目標面上，利用傳感器接收反射光，通過相位差進行運算，并最終轉(zhuǎn)換得到距離，也就是我們需要的景深數(shù)據(jù)。

　　結(jié)構(gòu)光是3D掃描的一個光學方法，它通過投射出一組用數(shù)學方法構(gòu)造的光圖形，按照一定順序照亮被測量物體，然后通過一個到投影儀距離已知的攝像頭同步捕捉一組被照亮物體的圖像，得到投影數(shù)據(jù)。而由于不同廠家的算法不同，得到的模型也會有所差別，因而基于結(jié)構(gòu)光的傳感器是與算法捆綁出售的。

　　多角成像(雙目立體視覺技術(shù))則是基于視差原理，利用成像設備從不同位置獲取被測物體兩幅圖像，通過計算對應點間的位置偏差來獲取三維幾何信息的方法得到景深數(shù)據(jù)。但是由于存在短板，暗光下的效果是很差的，所以多角成像技術(shù)在一定程度上進行邊緣化，目前應用還是集中在機器人、部分VR產(chǎn)品，以及一些特殊場合應用。

　　3D攝像的三個技術(shù)的主要性能對比如表1所示，TOF技術(shù)響應速度快，而且精度是毫米級別，另外，算法難度也相對低一些;結(jié)構(gòu)光最大的優(yōu)勢在于功耗低、尺寸小，例如蘋果和華為在手機里嵌入了結(jié)構(gòu)光技術(shù)來實現(xiàn)3D建模過程。而由于多角成像技術(shù)暗光表現(xiàn)比較差，精度也相對較差，因而在應用上也有很大的局限性。3D攝像技術(shù)預計在未來智能硬件中將會呈現(xiàn)新的應用趨勢，而且尤以TOF表現(xiàn)亮眼。

表1 3D攝像技術(shù)優(yōu)劣勢對比

微投影技術(shù)

　　微投影技術(shù)主要有三種技術(shù)：LBS技術(shù)、DLP技術(shù)和LCOS技術(shù)，相關(guān)技術(shù)指標及各自特點如表2所示。

表2 三種微投影技術(shù)對比

　　由表中數(shù)據(jù)可以看出，相較而言，LCOS技術(shù)出現(xiàn)的較早，但是在性能方面已經(jīng)遠遠落后于LBS技術(shù)，預計會在未來慢慢淘汰;DLP作為獨立微投影技術(shù)，是現(xiàn)在的主流應用;而LBS技術(shù)出現(xiàn)地也比較早，但是由于它對上游端的技術(shù)和零部件技術(shù)太高，過去幾年一直未能發(fā)展起來。而隨著相關(guān)技術(shù)發(fā)展，包括AA制造技術(shù)的能力提升已經(jīng)具備了可以滿足當下智能消費電子領(lǐng)域的設計需要，尤其適用于作為嵌入式的微投影，應用在手機、AR、智能穿戴等產(chǎn)品中，這部分智能硬件小型化要求越來越高，同時用戶需要有交互式的功能出現(xiàn)，從這個角度來說LBS技術(shù)比DLP有更廣闊的發(fā)展空間。

歌爾3D感知及微投影相關(guān)展品

　　作為中國規(guī)模最大的MEMS傳感器供應商，歌爾股份有限公司(以下簡稱“歌爾”)業(yè)是此次2017 Sensor China上海展上最為亮眼的展商之一，此次展會，歌爾主要展示了其模組類產(chǎn)品，包括MEMS麥克風、3D傳感及微投影交互模組及MEMS傳感器整套聲光電智慧傳感解決方案，同時，這三各方向也代表了歌爾在傳感器領(lǐng)域的布局。

　　其中，微投影作為歌爾此次展示的重點技術(shù)之一，其方案主要基于LBS技術(shù)，它相對于傳統(tǒng)的DLP那些而言的話，主要優(yōu)勢在于它不需要調(diào)焦(在十米左右的空間里任何投影都是自動的)，分辨率高，尺寸小，功耗低。該方案已應用到青橙VOGA手機上的微投影模組，以及LBS微投影+圖像交互模組產(chǎn)品。這些產(chǎn)品采用LBS技術(shù)的投影方案，具有無需對焦、色彩飽和度佳、功耗低、尺寸小等優(yōu)勢，而整合圖像交互功能的微投影模組配合應用算法，可以將任意的投影面變?yōu)閹в杏|控功能的圖像，拓展了人機交互的形式，可廣泛應用于移動投影、手機、虛擬增強/現(xiàn)實等消費電子產(chǎn)品中。

圖3 歌爾應用在手機中的微投影模組效果實拍

　　而在MEMS傳感器方面，歌爾本次則帶來了氣壓傳感器、組合式傳感器以及心率傳感器產(chǎn)品。其氣壓傳感器產(chǎn)品采用了電容式MEMS技術(shù)方案，是目前業(yè)內(nèi)封裝尺寸最小(2×2×0.76mm)，測量精度最高(可達0.6Pa, 可探測5cm的高度變化)的產(chǎn)品解決方案，目前已廣泛應用于眾多消費類電子領(lǐng)域，在航模、無人機等高精度要求應用市場已占據(jù)領(lǐng)先地位。而在組合傳感器方面，歌爾則開創(chuàng)性地將麥克風、氣壓計和溫度傳感器集成于一體，通過優(yōu)化信號處理電路和后期校準算法，消除了多種傳感器件間的相互串擾，滿足了產(chǎn)品多功能應用的需求，節(jié)省空間且降低成本。除此之外，歌爾開發(fā)的心率傳感器通過將感光單元與ASIC電路集成封裝，內(nèi)、外置LED靈活配置，并與自主研發(fā)的高精度算法配合，可實現(xiàn)手機，手表，手環(huán)等不同應用場景要求的心率監(jiān)測。

歌爾成功奧秘——基于研發(fā)，長于制造

歌爾股份有限公司傳感器與微系統(tǒng)事業(yè)部產(chǎn)品線總經(jīng)理方華斌博士

　　在MEMS傳感器領(lǐng)域，歌爾是中國唯一一家進入全球20強的企業(yè)，當談及歌爾成功的奧秘時，歌爾股份有限公司傳感器與微系統(tǒng)事業(yè)部產(chǎn)品線總經(jīng)理方華斌博士用八個字概括了歌爾成功的奧秘——“基于研發(fā)，長于制造”。方華斌博士稱，“歌爾的成功還是來源于市場上的一些成功。所以我們產(chǎn)品會緊跟市場潮流，因為市場潮流也是未來技術(shù)的發(fā)展潮流。歌爾一直宣稱我們是基于研發(fā)，長于制造，就是我們技術(shù)上要有很好的布局，然后我們的制造能力也非常強，在消費類電子的話，所有的產(chǎn)品的量都是非常大的。那我們必須要有非常好的制造能力才能夠在客戶，在消費類電子這么快節(jié)奏的變化里面我們才能跟上這個發(fā)展。”