屏下Face ID已成现实,第一个实现的是一家中国创企

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苹果为什么对3D视觉如此情有独钟?

最近,屏幕领域知名市场研究机构DSCC的CEO Ross Young在推特上曝光了他对于iPhone屏幕形态的预测路线图。

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▲苹果iPhone屏幕形态路线图预测,作者:Ross Young

从预测中我们可以看到,苹果即将在2024年的iPhone 16上采用屏下Face ID+打孔的组合,而直到四年后的iPhone 18 Pro上,苹果才会带来真正的“无孔全面屏”。

在国内的安卓智能手机市场中,屏下摄像头已经不是一个新技术,经过近四年迭代,中兴、小米等厂商都已发布多代屏下摄像手机。

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▲中兴第三代屏下摄像技术

为什么苹果在屏下摄像技术上走的如此谨慎,苹果在担心什么?

而从这张路线图中,我们也能看到,对于屏下Face ID,也就是屏下3D结构光技术,苹果的采纳却更加积极。苹果在屏下3D技术领域是否憋了新的大招,亦或者会带来改变整个智能手机行业的新玩法?

带着这些疑问,我们与国内3D视觉创企光鉴科技的创始人兼CEO朱力博士进行了深度对话,尝试对3D视觉技术以及3D视觉技术在移动端的应用和发展进行更深入的挖掘和探讨。

1、“柔性”变“刚性”难度加倍,安卓手机已有普适性

就在本月8号,显示技术领域的年度盛会之一,Display Week 2022(SID显示周)在美国圣何塞线下正式开幕。

在现场展会上,国内屏幕显示技术厂商维信诺发布了他们与光鉴科技深度合作的柔性OLED屏下3D方案。

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▲光鉴科技屏下3D方案样机

也就是说,屏下3D结构光技术终于可以用在柔性OLED屏幕上了,此前,屏下3D方案仅可应用于刚性OLED领域。

其实光鉴科技从2019年就开始在屏下3D技术领域发力,去年,智东西也首次与光鉴科技CEO朱力进行了深度对话,当时,光鉴科技刚刚发布与中兴合作的刚性OLED屏下3D方案。

听起来,就是屏幕从“刚性”变为“柔性”,但实际上这项技术所需要解决的难题以及这项方案对于智能手机领域的意义却不容小觑。

柔性OLED与刚性OLED最主要的区别就是柔性OLED采用了聚酰亚胺(PI)作为屏幕基材,来替代原本不能弯折的玻璃,从而让屏幕“由刚变柔”。

不过PI材料虽然具备柔性,却失去了玻璃良好的透光性。要知道,想实现3D结构光技术,激光要能透过屏幕,因此屏幕的透光率就成为了影响3D结构光效果的主要因素之一。

朱力说,从刚性转至柔性,屏幕的透光率从30%降低到了20%,而激光经过来回的折损以及转换后,直观的来看,解决问题的难度提升了一倍左右,他们需要让模组的运行效率提升到原来的一倍。

在这背后,如何实现更高的功率,如何解决模组封装设计以及散热方面的挑战,都是他们需要解决的非常繁复却又很实际的问题。

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▲光鉴科技屏下3D方案模组

除此之外,光鉴科技还需要解决更大的挑战——衍射。光线通过柔性OLED一系列复杂屏幕结构之后,会发生衍射现象,如果不加以处理,光的“可用性”会大大降低。

为此,光鉴科技通过光学技术和算法对衍射问题进行处理,他们根据屏幕光学特性重新建模、研发算法,将信噪比提升至原来的2-3倍。

据朱力介绍,解决衍射问题,不仅需要算法,还需要深入了解柔性OLED屏幕的光学特性,这牵涉到材料方面的技术,他们甚至经常会需要做大量物理实验来验证和优化方案,这是一个非常“综合性”的难题。

可以看到,一块小小的柔性OLED屏幕,要想实现良好的屏下3D结构光技术,并非易事。

需要注意的是,目前绝大部分安卓旗舰、高端智能手机以及大部分中端甚至部分低端智能手机都已经采用了柔性OLED屏幕,采用柔性OLED屏幕已经是智能手机市场未来发展的大方向之一。

因此,屏下3D结构光能够在柔性OLED和刚性OLED屏幕上同时应用,就意味着该技术在安卓智能手机生态中已经具有了普适性,拥有了大规模应用的可能。

2、如何突破苹果专利封锁?拿下全球4亿部手机成为目标

2017年9月13日,苹果iPhone X第一次把“刘海屏”带到了智能手机上,而就在这个现在看起来略宽的刘海里,3D结构光技术被带到了手机上,第一次走进了普通消费者的视野中。

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▲苹果3D结构光方案

短短几个月后,在中国,许多3D视觉创企借着这波热潮开始生根发芽,但实际上,大部分企业都没能迈过苹果已经成熟的“VCSEL+DOE”3D结构光方案,专利问题成为了挡在国内厂商面前的一座大山。

朱力告诉智东西,虽然国内3D视觉领域公司很多,有老牌厂商也有年轻创企,但大部分人的思路都是先引入国外技术,做应用层开发,却没有去尝试突破苹果的框架,去打造更好的解决方案,当然,这需要非常专业的技术和深厚的积累。

在他看来,模仿苹果并非光鉴科技的选项,这不是他们的创业初衷。在科技行业,核心还是要做技术创新,做别人做不了的事,这样才能获得应有的价值,掌握足够的资源和议价能力,这样也会推动技术不断地向前迭代发展,形成良性循环。

这样也才能避免现在行业中普遍的“内卷”。

至于光鉴科技到底做了什么,用最简单的话来说,他们“把一束光,直接分成了几万束光”,从而简化了激光发射器的设计。

具体来看,他们把3D结构光要用到的点阵和泛光发射器件整合在一起,通过芯片控制来做光线投射的切换,而这颗芯片,就是光鉴科技的核心技术之一,WFP纳米光子芯片。

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▲WFP纳米光子芯片对光线的控制原理

据了解,3D结构光识别精度通常用散斑数量来衡量,苹果一般在3万个左右,而光鉴科技的方案可以进一步提升苹果的散斑密度。并且值得注意的是,苹果方案投射的散斑畸变会比较大,在同样密度下,光鉴科技的散斑信噪比和亮度都更好。

在专利方面,光鉴科技从2018年7月开始就已经布局了屏下3D领域,甚至要早于苹果。

朱力介绍,目前他们整个3D模组的供应链都已经比较成熟,由于光波导技术的发展带来了工艺上的进步,他们所用到的WFP纳米光子芯片,其成本也有所下降,产能也有显著提升,对于他们来说,供应能力已经不是问题。

在光线发射效果之外,屏下区域显示效果如何也是消费者关注的重点。去年光鉴科技与中兴刚刚发布刚性OLED屏下3D方案时,屏下区域还无法显示,而在今年的柔性OLED屏下3D方案中,屏下区域的屏幕像素密度(PPI)已经可以做到400左右。

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▲光鉴科技屏下3D方案样机

此前中兴刚刚发布的屏下摄像手机Axon 40,其屏下区域的PPI就达到了400左右,而用户从肉眼观感来看已经很难察觉到这一特殊区域的存在。

此外,对于拍照效果,3D结构光的加入也有提升作用,该技术可以为相机提供更好的图像深度信息,以进行更好地背景虚化等处理。

目前,屏下拍照的效果依然与普通前置镜头有一定差距,并且这种差距短期内难以通过算法优化解决,这也是为什么苹果拥抱屏下3D技术,却对屏下摄像技术更为谨慎的因素之一。

可以看到,不论是技术专利布局、供应链工艺打磨,还是用户体验的优化,光鉴科技已经让屏下3D技术从实验室真正走进了现实中。

朱力说,目前三星在屏幕技术领域较为领先,在高端安卓旗舰智能手机领域也是头部玩家,他们与三星合作的机会是有的。未来,他们也不排除与苹果合作的可能,如果能够拿下这两大巨头,服务全球3-4亿台高端智能手机将成为他们的目标。

3、苹果死磕的3D视觉技术,或许将改变智能手机行业玩法

目前,在主流安卓旗舰智能手机中,应用3D结构光技术的机型仍在少数。此前,安卓机“全面屏”的风潮一度成为了3D结构光技术应用的主要阻力之一,用3D结构光就意味着在屏幕上“多开一两个孔”,而今天,屏下3D结构光方案已经成熟。

其实在屏幕形态、技术、专利、供应链之外,3D结构光的应用生态也是3D结构光能否大规模普及的关键因素之一。

曾经,业内普遍在寻找3D结构光的“杀手级应用”,而今天看来,这个问题似乎有了新的答案。

在朱力看来,其实3D结构光技术在手机中应用,人脸识别解锁只是一小部分,3D结构光更多的是让手机设备“看懂”用户。过去的指纹识别只能让手机认识你,但不能看懂你。

得益于3D结构光技术,手机可以看懂人的表情、从而发展建模、感知类应用,苹果的Animoji就是一个很好的例子。

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因此,对于3D结构光技术的探索并不是简单的为了人脸解锁,而是为了后续各种延申应用发展提供一个基础技术。

朱力认为,iPhone的形态其实正在逐渐演变。目前的智能手机仍然以各类APP为核心,用户需要打开手机,点开APP来获取服务。

而苹果正在让iPhone越来越智能,让iPhone可以更加“主动”地为用户提供服务。在用户解锁手机的时候,手机不仅会知道你是谁,还会通过3D视觉技术感知用户周围的环境、用户的情绪、表情,从而有针对性地推送服务。

APP成为服务的提供商,而手机成为了服务的提供者,这对于智能手机的发展可能会有颠覆性影响。

苹果其实一直都在向这个方向发力,这也是苹果为什么如此看重3D视觉技术在手机端的应用,在提供高安全度的解锁方案背后,苹果可能正在规划一个更加宏伟的“智能时代”蓝图。

而在苹果可能正在规划的这个时代中,3D视觉技术将会尤为关键,如果安卓阵营动作慢了,或许又会被苹果“引领”一个时代。

4、结语:3D视觉技术成手机行业未来关键变量

从刘海屏、打孔屏到今天的屏下摄像手机,智能手机领域的屏幕、光学和AI技术都在快速发展。如今,屏下3D视觉技术落地柔性OLED屏幕,在提升手机安全性的同时,也给智能手机的发展提供了新的玩法。

随着国内科技领域技术的追赶、产业链的成熟,国内安卓手机厂商在不少领域已经形成了对苹果的领先,而在未来十年,智能手机的形态和功能或许都将发生极大改变,“元宇宙”时代的来临也带来了诸多可能性。

但有一点是确定的,不论在任何时代,掌握核心技术、做真正有价值的事,都是每一家优秀的科技公司应当坚持的。

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