人機(jī)交互作為互聯(lián)網(wǎng)，甚至物聯(lián)網(wǎng)時(shí)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(dòng)了PC及手機(jī)向便攜和智能時(shí)代的跨越。而近年來(lái)的3D感知與微型投影技術(shù)將會(huì)進(jìn)一步解放雙手，預(yù)計(jì)將會(huì)實(shí)現(xiàn)按鍵、觸控之后的第三次人機(jī)交互跨越。

3D感知和智能交互應(yīng)用市場(chǎng)現(xiàn)狀及發(fā)展

當(dāng)下的3D感知和智能交互應(yīng)用市場(chǎng)分為兩個(gè)端，即輸入端和輸出端。

輸入端通過(guò)3D景深可以實(shí)現(xiàn)智能交互，這對(duì)3D在智能硬件中的應(yīng)用會(huì)有很大的推動(dòng)作用。近些年也有眾多典型智能交互案例，包括針對(duì)互聯(lián)網(wǎng)購(gòu)物、裝修都已經(jīng)有很好的應(yīng)用，未來(lái)的VR和AR也會(huì)結(jié)合影像、3D建模和3D展示將會(huì)有很大的發(fā)展空間。

圖1 3D感知與智能交互系統(tǒng)的應(yīng)用市場(chǎng)

隨著智能音箱引爆市場(chǎng)，大家對(duì)輸出端交付迫切需求也開(kāi)始出現(xiàn)，其中，嵌入式市場(chǎng)是輸出端主要增長(zhǎng)領(lǐng)域，其年復(fù)合增長(zhǎng)率在30%以上，而在智能音響之后，預(yù)計(jì)未來(lái)隨著智能交互的需求度不斷提升，將會(huì)有更多對(duì)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(chǎng)也會(huì)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(chǎng)也是未來(lái)人機(jī)交互很重要的一個(gè)領(lǐng)域。

據(jù)相關(guān)報(bào)告顯示，3D傳感市場(chǎng)規(guī)模將從2016年的13.28億美元增長(zhǎng)到2022年的90.34億美元，年復(fù)合增長(zhǎng)率高達(dá)38%。而隨著國(guó)際巨頭導(dǎo)入3D攝像技術(shù)，人臉識(shí)別和手勢(shì)識(shí)別應(yīng)用將率先脫穎而出，市場(chǎng)空間有望迎來(lái)爆發(fā)式增長(zhǎng)。而智能音箱、智能機(jī)器人、智能手機(jī)/平板、智能穿戴、AR等一系列交互式微投應(yīng)用場(chǎng)景興起，微投影市場(chǎng)(尤其是嵌入式微投)也將迎來(lái)快速增長(zhǎng)。在不久的將來(lái)，3D感知與微投影智能交互或?qū)⒊蔀橹悄芙K端的“標(biāo)配”。

圖2 3D傳感市場(chǎng)市場(chǎng)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(chēng)雙目立體視覺(jué)技術(shù))。

TOF是通過(guò)主動(dòng)發(fā)射調(diào)制后的連續(xù)光脈沖信號(hào)到目標(biāo)面上，利用傳感器接收反射光，通過(guò)相位差進(jìn)行運(yùn)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(gè)光學(xué)方法，它通過(guò)投射出一組用數(shù)學(xué)方法構(gòu)造的光圖形，按照一定順序照亮被測(cè)量物體，然后通過(guò)一個(gè)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(huì)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(jué)技術(shù))則是基于視差原理，利用成像設(shè)備從不同位置獲取被測(cè)物體兩幅圖像，通過(guò)計(jì)算對(duì)應(yīng)點(diǎn)間的位置偏差來(lái)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(jìn)行邊緣化，目前應(yīng)用還是集中在機(jī)器人、部分VR產(chǎn)品，以及一些特殊場(chǎng)合應(yīng)用。

3D攝像的三個(gè)技術(shù)的主要性能對(duì)比如表1所示，TOF技術(shù)響應(yīng)速度快，而且精度是毫米級(jí)別，另外，算法難度也相對(duì)低一些;結(jié)構(gòu)光最大的優(yōu)勢(shì)在于功耗低、尺寸小，例如蘋(píng)果和華為在手機(jī)里嵌入了結(jié)構(gòu)光技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)3D建模過(guò)程。而由于多角成像技術(shù)暗光表現(xiàn)比較差，精度也相對(duì)較差，因而在應(yīng)用上也有很大的局限性。3D攝像技術(shù)預(yù)計(jì)在未來(lái)智能硬件中將會(huì)呈現(xiàn)新的應(yīng)用趨勢(shì)，而且尤以TOF表現(xiàn)亮眼

表1 3D攝像技術(shù)優(yōu)劣勢(shì)對(duì)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(biāo)及各自特點(diǎn)如表2所示。

表2 三種微投影技術(shù)對(duì)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(yuǎn)遠(yuǎn)落后于LBS技術(shù)，預(yù)計(jì)會(huì)在未來(lái)慢慢淘汰;DLP作為獨(dú)立微投影技術(shù)，是現(xiàn)在的主流應(yīng)用;而LBS技術(shù)出現(xiàn)地也比較早，但是由于它對(duì)上游端的技術(shù)和零部件技術(shù)太高，過(guò)去幾年一直未能發(fā)展起來(lái)。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(dāng)下智能消費(fèi)電子領(lǐng)域的設(shè)計(jì)需要，尤其適用于作為嵌入式的微投影，應(yīng)用在手機(jī)、AR、智能穿戴等產(chǎn)品中，這部分智能硬件小型化要求越來(lái)越高，同時(shí)用戶需要有交互式的功能出現(xiàn)，從這個(gè)角度來(lái)說(shuō)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(guó)規(guī)模最大的MEMS傳感器供應(yīng)商，歌爾股份有限公司(以下簡(jiǎn)稱(chēng)“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(huì)，歌爾主要展示了其模組類(lèi)產(chǎn)品，包括MEMS麥克風(fēng)、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(shí)，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(diǎn)技術(shù)之一，其方案主要基于LBS技術(shù)，它相對(duì)于傳統(tǒng)的DLP那些而言的話，主要優(yōu)勢(shì)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(dòng)的)，分辨率高，尺寸小，功耗低。該方案已應(yīng)用到青橙VOGA手機(jī)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(wú)需對(duì)焦、色彩飽和度佳、功耗低、尺寸小等優(yōu)勢(shì)，而整合圖像交互功能的微投影模組配合應(yīng)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(jī)交互的形式，可廣泛應(yīng)用于移動(dòng)投影、手機(jī)、虛擬增強(qiáng)/現(xiàn)實(shí)等消費(fèi)電子產(chǎn)品中。

圖3 歌爾應(yīng)用在手機(jī)中的微投影模組效果實(shí)拍

而在MEMS傳感器方面，歌爾本次則帶來(lái)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(cè)量精度最高(可達(dá)0.6Pa, 可探測(cè)5cm的高度變化)的產(chǎn)品解決方案，目前已廣泛應(yīng)用于眾多消費(fèi)類(lèi)電子領(lǐng)域，在航模、無(wú)人機(jī)等高精度要求應(yīng)用市場(chǎng)已占據(jù)領(lǐng)先地位。而在組合傳感器方面，歌爾則開(kāi)創(chuàng)性地將麥克風(fēng)、氣壓計(jì)和溫度傳感器集成于一體，通過(guò)優(yōu)化信號(hào)處理電路和后期校準(zhǔn)算法，消除了多種傳感器件間的相互串?dāng)_，滿足了產(chǎn)品多功能應(yīng)用的需求，節(jié)省空間且降低成本。除此之外，歌爾開(kāi)發(fā)的心率傳感器通過(guò)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(shí)現(xiàn)手機(jī)，手表，手環(huán)等不同應(yīng)用場(chǎng)景要求的心率監(jiān)測(cè)。

歌爾成功奧秘——基于研發(fā)，長(zhǎng)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(guó)唯一一家進(jìn)入全球20強(qiáng)的企業(yè)，當(dāng)談及歌爾成功的奧秘時(shí)，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(gè)字概括了歌爾成功的奧秘——“基于研發(fā)，長(zhǎng)于制造”。方華斌博士稱(chēng)，“歌爾的成功還是來(lái)源于市場(chǎng)上的一些成功。所以我們產(chǎn)品會(huì)緊跟市場(chǎng)潮流，因?yàn)槭袌?chǎng)潮流也是未來(lái)技術(shù)的發(fā)展潮流。歌爾一直宣稱(chēng)我們是基于研發(fā)，長(zhǎng)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(qiáng)，在消費(fèi)類(lèi)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(fèi)類(lèi)電子這么快節(jié)奏的變化里面我們才能跟上這個(gè)發(fā)展。”