你以為攝像頭是用來拍照的？那是下一代交互平台

科技 08-20

摘要：攝像頭的進化不僅讓電子設備能夠感知環境，而且將改變人機交互模式。

1936 年，美國氣象學家愛德華·羅倫茲提出著名的蝴蝶理論：亞馬遜的蝴蝶扇動翅膀，可能會造成美國德克薩斯州的龍捲風。不僅氣象，蝴蝶理論在其他行業同樣十分適用。例如，某家遠在英國威爾士的半導體公司，近半年來股票從不到 40 美元快速攀升至 140 美元，增速驚人。而引起這樣一場股市風暴的「蝴蝶」不是別人，正是美國蘋果公司的知名產品——iPhone 手機。

有知情人士透露，稱英國威爾士半導體公司 IQE 已經成為蘋果公司的供應商，前者生產的複合半導體晶圓是製作激光感測器的元件之一，而激光感測器能夠實現 3D 環境感知、人臉識別、虹膜識別等多種功能，而這正是傳聞中蘋果新品 iPhone 8 的主打功能。雖然 IQE 公司對傳言不置可否，但是股價的飆升無疑證明了市場的敏感。

從觸摸屏到 Nano Sim 卡，iPhone 引領了智能手機的進化方向。當 10 周年版的 iPhone 8 將 3D 感測器變成必備配件時， 3D 感測器的普及也就是時間問題了。而得益於這些微小的半導體晶圓，用戶的手機將變成一個溝通現實和虛擬世界的窗口，替換下滑鼠、觸摸屏，創造新的人機交互方式。

如何用光做「尺子」

讓 IQE 公司的股票躍升至 140 美元的功臣是公司新開發的「光子業務」（Photonics），其中被傳和 iPhone 取得了聯繫的是一種複合式半導體晶圓，這種晶圓的生產難度極大，需要在 6 英寸的晶圓上均勻生長 10 納米厚度的材料，而且還要生長 300 層，且生產過程中每生長一次就要設定濕度、氣壓等參數。而這些「寶貴」的晶圓被製造出來後，主要會用在 VCSEL 激光器（垂直腔面發射激光器）上。這種激光器在物理和光學特性上都要比傳統激光器高很多，因此被用在光數據通信和感測器等方面。

而傳聞中 iPhone 8 將會配備的 VCSEL 激光器，其用途是環境感知、人臉識別和虹膜識別，簡言之，就是不僅能利用攝像頭紀錄畫面，而且能通過激光器測量手機周圍環境的深度信息（Depth Information）。目前主流的深度信息捕捉方法有兩種，ToF（Time of Flight）以及結構光（Structured Light Coding）。前者利用激光從物體表面反射回手機的速度來測量二者之間的距離，實現深度信息獲取；後者利用發出的帶有結構的光源，通過光在物體上圖像的畸變判斷距離，獲取深度信息。雖然方式不同，但兩種方案都不可避免的要用到 VCSEL 激光器。

在應用方面，Google 的 Tango 項目二代方案採用的就是 ToF 技術，而結構光的代表則是被蘋果收購的 PrimeSense，其生產的體感設備 Kinect 早在 2009 年就被用在了微軟的 Xbox 360 遊戲機上。有機構預測，此次 iPhone 8 將會採用前置 ToF，後置雙目結構光的方案，建立一個完整的 3D 感應體系，而這可能是顛覆的開始。

3D 感知的使用場景

當把用於 ToF 和結構光的激光感測器放進手機中後，我們就賦予了手機感知周圍 3D 環境的能力，讓機器能夠「看懂」周邊的世界。而有了這樣的能力，能夠打開更多手機的使用場景：

生物識別。目前手機上應用最廣泛的就是指紋識別，3D 感測器的加入，將使得虹膜識別和人臉識別方案更加可靠。此前三星的 Galaxy Note 7 已經推出虹膜識別功能，但是成功率依然是問題。而有了 3D 感測器，iPhone 8 很可能將虹膜和人臉識別推廣開來，增加生物識別的可能性。

環境掃描。谷歌的 Tango 和微軟的 Hololens 有一個令人印象深刻的功能，就是用攝像頭掃視房間一周後，即可在系統中建立一個房間的 3D 輪廓，類似於在機器的大腦中建立了一個深度地圖，讓機器能夠認識到這個房間有多大，都有什麼傢具，同時了解到自己在這個三維環境中的位置，並時時做出調整。而讓機器「認知」環境十分重要，因為這是接下來虛擬現實融合的基礎。

混合現實。在蘋果的 WWDC 大會上展示了 ARkit 的 Demo，在攝像頭界面上，可以看到實體桌面上有一個虛擬的冒著熱氣的咖啡杯。現在看來效果已經不錯，但如果想要將虛擬物體和現實物體更真實的融合在一起，還需要 3D 感測器，後者讓手機能夠更加清楚的知道桌面的位置，因此能夠讓桌面上的虛擬杯子更加真實，而不是像 Pokemon Go！一樣僅僅是 2D 貼圖。

而一旦打下 3D 感知的基礎，混合現實的大門也即將開啟，攝像頭帶來的顛覆也將奔襲而至——改變人機交互方式。

下一代人機交互

在蘋果建立的 ARkit Twitter 頁面上，全球開發者上傳了無數腦洞大開的 Demo，從虛擬格尺到虛擬博物館不一而足。但是，具備 3D 感知能力的設備改變最大的，其實是人機交互的方式。從最早的代碼、到微軟的 Windows 圖形界面，人們與機器的交互經歷了數碼和模擬的變遷。而 VR、AR 和混合現實為代表的新一代技術，則將人機交互還原成人類的自然交互——你看到一塊石頭，用手就可以將其撿起來，並且能揚手扔出去。

在理想狀態，這樣的設備可能是一台 AR/MR 眼鏡，用戶可以看到逼真的虛擬物體和真實世界的物體疊加在一起，用戶可以同時和虛擬及真實物體進行互動，且雙方也會發生交互。而目前由於技術問題，可能還達不到這個水平，但是蘋果、Facebook 等巨頭想出的方案，就是將混合現實急先鋒的重任，放在人手一台的手機身上。具備了 3D 感知的手機，就是用戶手中的一扇「混合現實視窗」，而其界面就是攝像頭。

今年的谷歌開發者大會上，其團隊推出的新應用 Google Lens，將整個攝像頭界面變成了搜索頁，用戶可以打開攝像頭，拍下眼前的餐館或者電影院來預約買票，或者拍下眼前的花卉，手機會自動給出花的名字和種類。就在幾個月後，我們可以看到在攝像頭界面，配備了 3D 感測器的手機將會為用戶進行室內導航、3D 掃描建模等等先進功能。

第一代 iPhone 推出後，人們根本不知道該拿這一大塊觸摸屏做什麼，只能玩玩《憤怒的小鳥》和水果忍者，大概誰也沒想到用手指划來划去會成為主流的交互方式。同理，3D 感測器和雙攝像頭的組合的普及，人們還只是拿來玩個濾鏡自拍，但是後者所代表的交互方式的變革，可能要比觸摸屏帶來的影響更深也更廣。

攝像頭的進化

從最早西門子手機 30 萬像素玩具般的攝像頭，到現在手機上 2000 萬像素的前置和後置攝像頭，高質量圖像感測器在移動設備上的普及不僅重創了卡片機和中低端單反相機，而且培養了用戶每天上傳數十億圖像數據。以 Snapchat 和 Google Lens 為代表的社交和生產力應用，將攝像頭界面，變成了新一代鍵盤。

而隨著 IQE、Lumentum、Finisar 等公司生產的 VCSEL 激光器被用在 iPhone 8 上，3D 感測器將會成為移動設備的標配，手機攝像頭將不僅能夠拍攝高清影像，而且能夠獲得環境的深度信息，讓用戶可以將虛擬信息與現實生活相結合。這種「虛實結合」引發的是人機交互的變革，正像觸摸屏改變了用戶和手機的交互，3D 感測器和攝像頭的進化，帶來的則是人機交互，人與環境交互的革新。

頂樓 TopView 是極客公園前沿社的特別內容生產小組，我們關注前沿科技對現在及未來商業所帶來的影響，發表最具科技的商業洞見。

文章轉載自頂樓TopView

GIF/424K