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不止手機,3D深度感測應用潛力巨大

2018-07-08

自2017年蘋果(Apple)推出了iPhone X開始,使用結構光原理設計的相機模組與光學元件,以及近紅外光(NIR)全域快門(Global Shutter)感測器,成為了消費性產品3D感測技術的新技術標準,各手機大廠皆積極在自家產品中導入該技術。因此,預計相關市場規模將持續擴大,到了2023年有望達到185億美元市場規模。


近日市場研究機構YoleDéveloppement發布了2018年的3D成像與感測器產業報告,Yole技術與市場首席分析師Pierre Cambou指出,盡管實現點光源與泛光照明(Flood Illumination)的VCSEL技術同時帶來了高成本,但這也是超高單價的iPhone X的最大技術驚喜所在。


Yole的報告中指出,預計在2023年,3D成像與感測的全球市場規模,將從2017年的21億美元擴大至185億美元。在此期間,市場的年附合增長率將達到44%。該技術在消費性產品、車用、工業與其他高階市場也都會達到10%以上的增長。隨著小型化半導體的進步,3D成像與感測器將會應用在各種不同的領域,在2018年,該趨勢也將會持續進行。全球的影像感測器、VCSEL、光學玻璃與相關半導體封裝業者都將從中受益。


在消費性電子產業,如Oppo、小米、華為等智能手機廠商也為因應此趨勢提出各種3D感測策略。而一但Android廠商的供應鏈到位,3D感測的導入率預估將由2018年的13.5%,在2023年時提升至55%。


然而,由于手機在AR/VR上的應用尚未成熟,因此主鏡頭的3D相機導入率將會因此受到限制,短期內該技術的導入將以前鏡頭為主。值得注意的是,該技術也將擴展至手機以外的領域,特別是消費機器人或是如醫療、工業等高階市場。


3D感測并非蘋果首創


然而,3D感測概念技術運用在智能手機并非首例。早在2014年三星旗艦機S4即導入手勢辨識功能,使用者可在不觸碰螢幕下,以手勢操控畫面往上下左右卷動。唯此技術主要仰賴前置鏡頭做手勢動作的影像辨識,并非真實3D感測,且應用情境局限,故三星后續旗艦機種并未再沿用。


真正3D感測技術應用要回溯至2016年的Google「Project Tango」計畫,主打擴增實境(AR)應用,其硬件規格即需3D感測模組,包括一顆RGB鏡頭、一顆深度鏡頭(TOF感測芯片)、一顆動態追蹤鏡頭,以提供使用者較佳的擴增實境體驗。不過,僅少數幾家品牌支援,如聯想PHAB2 Pro、華碩Zenfone AR等,因此未造成市場回響,Google在2018年初宣告中止計劃。


若未來蘋果iPhone或iPad將3D感測規格列為人臉辨識標配,在忠實客戶基礎上,必能帶動3D感測相關零組件需求大增,刺激其他潛力深度感測應用發展,如手勢辨識、3D美顏、3D彩妝、3D社交等實用性或娛樂性App。


2017年全球智能手機產業掀起全面屏風潮,從三星S8系列、LG G6系列,延續至三星Note 8、小米MIX 2、Oppo R11s plus等,正面螢幕長寬比設計都朝向18:9及逾80 %的屏占比。但這些機種為實現全面屏設計,多數將Home鍵指紋辨識模組移至背面,縮減正面邊框的間距。而蘋果iPhone X未采取背面指紋辨識設計,是在正面機身上方保留U型空間,內嵌3D感測相機模組,提供3D人臉辨識新使用體驗。


目前市場推測,2018年蘋果將推出三款搭載人臉辨識功能的iPhone新機,甚至iPad Pro平板也會首度采用,將使全球行動裝置3D感測模組需求快速成長,2018年產值將躍升343%、達20億美元,預估2018年下半年安卓手機陣營跟進,產值在2022年成長為46億美元,2017年至2022年復合成長率為59%。


蘋果過往iPhone推出新規格,向來有風行草偃的效果,帶動安卓手機陣營跟進。唯此次蘋果的3D人臉辨識技術,采用2013年收購的以色列公司PrimeSense辨識技術,搭配VCSEL結構光專利護城墻,技術領先其他競爭者一至二年,提高3D感測模組的競爭門檻。此外,蘋果3D感測模組BOM成本約15至20美元,相較指紋辨識模組貴,加上關鍵零組件VCSEL供給有限,產能幾乎被蘋果綁定,是安卓陣營遲未推出3D感測手機的主因。


截至今年5月中旬,安卓陣營未推出具3D人臉辨識功能的手機,僅在2D人臉辨識功能進行強化。而正面3D感測應用若只處理手機解鎖或行動支付認證,應用相對局限,蘋果是否會推出其他3D創新應用以提升使用價值,值得觀察。


蘋果執行長庫克曾表示:「和App Store、多點觸控一樣,AR技術必將改變世界」。蘋果也在2017年的WWDC大會發表ARKit平臺,要讓眾多開發者可透過其平臺發展各種AR應用,企圖復制App Store的成功經驗。


目前ARKit對行動裝置的硬件規格要求,僅需配置單鏡頭及其它感測器輔助,即能展現AR的虛實場景融合效果。但單鏡頭僅能擷取2D影像資訊,雖可透過影像軟件演算每個像素的3D深度資訊,但有延遲性及精確度不足問題。市場推測,蘋果可能在2019年將3D感測技術應用在iPhone的后置鏡頭,提升AR的使用體驗。


AR是否會帶動3D感測硬件市場商機,仍存在未定之數。Google主打ARCore系統平臺,冀望降低安卓終端裝置的進入門檻,利用軟件演算法彌補單鏡頭對深度感測的不足。


但缺點是系統運算量較大、畫面更新率(FPS)較低,相對影響使用的流暢性,不若蘋果藉由掌握iPhone軟硬件系統整合技術,提供較為一致及水準上的AR使用體驗。此外,iPhone將硬件成本轉嫁給消費者的能力較高,故其后續推動3D AR應用仍具有一定的優勢與未來性。


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