性能碾压苹果，从芯片到算法100%国产，3D视觉黑马光鉴科技如何破局？
2017年9月13日，在乔布斯剧院，智能手机的屏幕第一次去掉了“下巴”，剪了个“刘海”出来。
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。
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，从芯片到算法，发起了对苹果的挑战。
在它们之中，有一家特立独行的企业，没有模仿苹果，甚至在今年的上海MWC大会上，他们只用一个器件就实现了3D结构光技术，并且精度几倍于苹果。
▲MWC上海展上光鉴科技与中兴联合推出的屏下3D结构光方案样机
近日智东西与光鉴科技创始人兼CEO朱力博士进行了深入交流，这家不到三岁的创企，如何突破苹果的重重专利封锁，成长为3D视觉领域估值超10亿人民币的创企？中国自主3D视觉技术的发展，是否到了在消费电子领域落地的关键节点？
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。
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伸应用发展提供一个基础技术。
从3D视觉原理来看，不论是结构光还是ToF，都需要激光发射器和红外拍摄摄像头两大模块，也就是发射端和接收端。
iPhone由于在发射端同时采用了点阵投射器和泛光感应两种器件，提升3D和红外拍摄能力，因此器件会相对多一些，就形成了比较宽的刘海。
▲苹果3D结构光器件构成
由于3D结构光需要具有几万个激光点的散斑图像，因此就需要能够发射出几万条激光的器件，简单的把几万个激光器放在一起，功耗和成本都会是天文数字。
因此为了使用更少的激光器，大家最先想到的就是高中物理用到的知识“衍射”，光线通过衍射就可以被分出多条，因此苹果就采用了DOE衍射光栅把光线均分。
不过一条光能够均分的数量是有限的，因此还是需要几百个激光器集成在一起，才能形成能够投射上万条光线的器件，而VCSEL作为一种垂直激光发射器，就成为了唯一可以实现的方式。
▲不同规格VCSEL激光发射器大致形态（瑞识）
苹果的“VCSEL+DOE”3D结构光方案，也就成为了挡在国产手机厂商面前的一座大山。
为了解决这个问题，光鉴科技的核心突破点，就是通过新的方案，把一束光，直接分成几万束光，这样激光发射器就会简单很多。
同时他们把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，把整个系统简化了很多，而这个系统的关键构成，就是光鉴科技的核心技术之一，WFP纳米光子芯片。
▲WFP纳米光子芯片对光线的控制原理
由于这种方案只需要一束光就可以分成几万束光，因此就只需要一个激光发射器，EEL边光发射器是一种非常成熟的激光发射器，也是光鉴科技所用的一种。据了解，EEL在成本、工艺方面都比较成熟，国内很多企业都已经可以做了。
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做到苹果的3到5倍。
有了WFP纳米光子芯片作为基础，光鉴科技还推出了利用ToF技术的解决方案，因为3D结构光和ToF两条路线都需要发射和接收两个器件，而两者的发射器是十分相似的。
朱力说，其实3D结构光和ToF是两种非常互补的方案，结构光在近距离的高精度特点可以用于人脸识别，但其误差会随着距离增长呈现平方式的增加。
ToF的误差随距离变化则是线性的，因此中距离的测量，比如智能手机后摄、机器人、物流等方面就应用较多。
这两种方案的互补，可以让他们的解决方案适用更多的应用场景。
在了解了光鉴科技3D结构光技术的原理后，一个问题不禁浮上心头：既然理论行得通，为什么直到现在还没有采用这类方案的智能手机落地呢？
面对这个问题，朱力也很感慨，他说，“其实是行业给我们的命题变了。”
安卓智能手机在2018年之前的发展，很多方面应该说是在不断跟随苹果的脚步，一旦苹果推出了什么新的技术、功能，安卓也会在两年左右的时间里逐渐跟进，不管怎样，一定会先“做个样子出来”。
因此当时朱力和团队就判断2019年到2020年，安卓智能手机也会在3D结构光领域迎来一波小的爆发。
安卓智能手机的发展逐渐摆脱了跟随的脚步，而三星、华为、小米、OPPO、vivo等巨头厂商的头部效应越来越明显，安卓大厂越来越强调自己的品牌和技术优势，因此开始注重与苹果的“不同”，甚至在屏幕、充电等领域逐渐超过苹果。
全面屏时代的到来就成为了他们团队遇到的非常大的挑战。“我们不光要做到结构光，而且还要做到屏幕下面才行，命题其实就变了”，朱力说道。
在2019年后的安卓手机市场中，大刘海已经逐渐成为过去式，打孔屏甚至屏下摄像头成为了未来趋势。
朱力坦言，屏幕的增加会让光线损失70%左右，会直接导致传感器的信噪比降低了3-4倍，影响非常明显。为此，他们又潜下心来，花了将近两年的时间，开发了更成熟的屏下3D结构光方案。
首先，他们将激光发射模组从电到光的整体转换效率提升到40%以上，而传统的VSCEL方案仅有20%左右。
同时由于采用EEL边光发射器，他们可以通过减短脉冲、提升功率来实现更强的光线亮度，据称每个脉冲上的亮度已经是VSCEL方案的4倍以上。
▲EEL边光发射器大致结构
朱力感慨说，这里面的挑战是非常大的，因为原来我们只需要做好自己就行了，但现在屏幕面板厂商也要参与进来，一起配合。
“尤其是OLED屏幕本身的迭代和修改都需要非常大的投入，并且牵涉到屏幕，就是长周期的事情，同时也需要终端厂商的共同配合。”
不过目前光鉴科技已经解决了屏下3D结构光方案在技术上、工程方面的问题，基本上已经是“待用”状态，接下来他们要做的就是配合终端厂商进行落地。
至于落地过程中大家非常关心的产能问题，朱力提到了很有意思的一点，就是他非常佩服“中国速度”。他说中国厂商有一大特点，就是只要资金到位，他们扩产能的速度是非常快的。“从1条产线到100条产线，可能只要2个月就能完成。”
因此他们已经把生产自动化相关技术都准备好了，应对几十万部的产量已经没有问题。
在供应链方面，朱力提到了非常让我意外的一点，就是在2020年夏天，光鉴科技的屏下3D结构光方案，已经实现了所有元器件的国产化，他特别说道，“连胶水都是Made in China”。
在芯片方面，光鉴科技的WFP纳米光子芯片使用的工艺与我们传统认知中IC芯片所使用的工艺有所不同，目前国内的压印工艺也可以生产，并且需要的制程工艺并不会很高，大约在250nm左右。
前几年VR、AR领域的火爆带动了这类芯片产业的发展，国内在该领域也拥有自主生产的能力。
至于在手机端落地面临的挑战，朱力认为更多还是来自于商务方面，因为现在手机终端厂商都很集中，因此话语权也非常大，在合作中也一般起着主导作用。
目前他们也在积极地跟终端厂商确定产品节奏，并且对现有方案进行打磨。朱力说，光鉴需要跟终端厂商一起去定义他们的产品要接触哪个市场段的用户，如何把它打造成一个热卖的产品。
对于自己在产业中的定位，朱力认为光鉴科技是一家特立独行的企业。
在他看来，现在“友商们”都在基于苹果方案和技术来做产业化，虽然中国公司的行动速度值得肯定，但大家的方案都是模仿来的，由于背后的原理是相同，因此方案之间差异并不大。这也就造成了“内卷”的现象发生。
朱力认为，其实在科技行业，核心还是要做技术创新，做别人做不了的事，这样你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。
不过说到这里，朱力也感慨道，“做新技术，说起来容易，但真到了创新的时候，真的好难。”如果说模仿是从70分做到85分，那么创新就是从0做到90分甚至是100分，早期的研发和投入都非常艰辛。
从光学系统技术到算法技术，光鉴科技这两年在研发领域投入很大，经过这两三年的挫折，他们的测试指标、精度、效果都已经做到整个行业内的顶尖水平。
朱力透露，他们目前已经在与国内两个最大的支付平台合作，提供刷脸支付方案的升级，谈及这方面的业务时，他提到了很重要的一点。
他认为3D人脸数据的安全性远比以往的密码安全要重要，因为3D人脸数据是一个永远无法改变的密码，因此一旦丢失或被盗，会非常棘手。
为了提高安全性，他们做了算法层面和硬件层面的加密，即使数据被盗取，也无法被破解。
另外朱力还特别提到了物流领域的应用，比如包裹尺寸的测量，过去还要人用尺子量一下，现在都已经用深度相机拍摄取代了，而他们深度相机模组仅有一条口香糖那么大。
▲光鉴科技的Aurora-500结构光深度相机
根据研究机构报告显示，目前全球3D视觉市场中，消费电子是增速最快的应用场景，2016-2022年的复合增长率高达160%，到2022年市场规模将超过60亿美元。
但目前3D视觉在智能手机中的应用仍然仅存在于iPhone生态，朱力说，其实除了安卓全面屏的潮流，背后还有更本质的原因，就是3D结构光在手机上还缺乏杀手级应用。
手机上的一切功能其实都是要为用户服务，用户要愿意为你这个功能买单，如果有真正刚需的应用，即使你贵个一两百块钱，甚至就算有刘海，用户也愿意支付，认可你的产品。
光鉴科技也在跟终端厂商一起探索新的应用可能，朱力认为，其实目前屏下摄像头拍照效果不佳的问题就是一个可以切入的点，通过3D结构光获得的深度信息和红外信息，手机可以把原来的图像做进一步优化，从而提升拍照的效果。
▲左：中兴第二代屏下摄像头样机，右：光鉴科技屏下3D结构光系统投射的红外点阵影像
当然除了杀手级应用的缺乏，专利问题也会逐渐突显。现在越来越多的国内手机厂商都在大力向海外市场扩展。
由于现阶段“友商”的方案多是在苹果的基础上进行模仿，因此专利风险就会成为他们非常需要注意的问题。而这正是光鉴科技的机会所在，一套技术全部自主，产业链100%国产化的屏下3D结构光方案。
在智能手机之外，朱力也看到了AIoT时代的机会。其实3D视觉对于传统的2D图像识别技术并不是替代的关系，而是3D给2D增加了一个判断维度。
他认为，从长远来看，在AIoT时代，可能会有几百上千亿个设备需要进行复杂的图像识别，而这些识别虽然2D技术也能够做，但在算力成本和复杂度上都会很高。
他举了很简单的例子，如果用2D技术，现在高等级的人脸识别，都需要眨眼、摇头，同时把数据上传到后台进行计算，最后反馈结果。而3D结构光识别就可以快速在端侧完成，数据的隐私安全性也更高。
AIoT时代数以亿计的设备不可能都放到云端计算，而是需要一个简单的网络，利用端侧算力来解决，这就是3D相比2D的优势所在。
朱力特别提到一点，就是在苹果的推动下，近两年3D视觉产业链价格下降很快，以前200美金的产品，可能现在只需要20美金，这一下子就会激发出很多需求，比如餐饮机器人、扫地机器人等等。
可以说，目前国内3D视觉产业链已经准备好了，所有要素都已经具备，现在需要的就是大规模的量产实践。
在跟朱力交流的过程中，我能够明显地感受到他的自信，看得到他眼中的光芒，但同时，他又是一个极为谦逊的人。
光鉴科技创立之初，团队的三个核心成员分别是朱力、汪博和吕方璐，他们三个人不仅同样毕业于清华大学电子工程系，并且都是名副其实的“学霸”、“别人家的孩子”。
▲左：光鉴科技首席技术官汪博，右：光鉴科技首席科学家吕方璐
从国际物理奥赛金牌到研发世界上第一款硬件去冗余的内存型数据存储系统，再到发明比普通透镜小一千倍的纳米光学微型透镜。三人在毕业后又分别到美国加州伯克利分校和美国斯坦福大学继续深造。
CEO朱力本人曾担任苹果公司摄像头模组设计主管，负责设计的深度投射模组在iPhone X上实现了工业界的第一次量产。
这一切的积淀，最终成为了光鉴科技成立不到三年就推出屏下3D结构光方案，绕开苹果专利壁垒背后的坚实基础。
如今，光鉴科技已经走过了A+轮融资，估值超过10亿人民币，成为了国内3D视觉领域具有代表性的黑马创企之一。
朱力说，对于他和汪博、吕博来说，做科研是他们非常擅长的事情，只要花时间就可以做好，心理上并不是特别有挑战的事情。
但做企业就完全不一样了，这是非常综合性的难题，不仅要把技术做好、产品做好，还要带好团队、做好管理。创业充满了不确定性，是综合能力的考验。
目前，光鉴科技核心研发团队已经超过百人，占比超过八成，其中一半以上是研究生和博士生，平均年龄不到30岁。
对于他来说，做企业更有挑战性，他选择创业，就是希望能够脱离自己的舒适区，再挑战自己一次。
说到这里，朱力坦言道，光鉴科技取得的成果其实并不是他们几个创业者的单方面努力的结果，他们要感谢时代，是因为和时代相匹配光鉴科技才能走到今天。
这背后，是国家政策的支持，对于技术创新的持续投入，以及投资方的认可，相信他们可以把技术实现并落地。一切资源和条件允许，是大时代把他们推到了这个点上。
他说，“如果是十年前，产业是不会给我们机会去做这样的新事情的。”
从解决“一束光的问题”到3D视觉落地智能手机，短短不到三年，光鉴科技翻过苹果这座大山，为国内安卓手机厂商找到了一种屏下3D结构光解决方案。
从0到1很难，但中国需要这样的创企不断去挑战自己，脱离舒适区。过去在科技领域，尤其是消费电子领域，国内企业大多已经习惯了“拿来即用”，但现在，这种境况背后的隐忧已经愈发突显。
在5G、AIoT时代，中国作为全球最大的市场，充满了机遇，也充满了挑战。这样的时代不多，我们也期待有更多国内3D视觉创企能够带来新的突破，给产业注入新的生命力。
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