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从消费电子到消费光子,「光鉴科技」以3D感知技术重构AIoT

丨郑诗婷 刘晓潼
编辑丨江倩君
今年9月,在苹果的新品发布会上,新一代iPhone屏幕上方的“刘海”面积缩小20%——“刘海”作为手机解锁功能的Face ID验证工具,开创了用前置结构光模组作为人脸识别的交互时代,可以快速识别人脸、“看懂”人的表情,但不可否认“刘海”的存在依然会影响用户的全屏观看体验。
那么,告别“刘海”,迎接“全面屏”,我们还需要等多久?
一个器件、一束光迎接“全面屏”时代的到来 
深圳市光鉴科技有限公司(下称:「光鉴科技」)首席科学家吕方璐博士认为,“刘海”的面积不断减小、乃至取消都将成为一个趋势,而屏下3D人脸识别技术将解决视线阻挡和人脸识别二者之间的“博弈”。
追本溯源, “刘海”迟迟不能去掉的主要原因在于iPhone在发射端通过点阵投射器和泛光感应器,以及在接收端通过红外摄像头,提升3D识别和红外拍摄能力。但发射端与接收端之间又必须隔有一定距离,才能保持成像精度,且等效距离越长,精度越高。
“2018年开始,我们与手机厂商不断地接触后,发现3D结构光技术的推广存在着瓶颈,当时主流的‘刘海屏’‘挖孔屏’‘水滴屏’等和国内手机终端厂商希望打造完整视线体验相矛盾。”吕方璐表示,这些年,无论是苹果的“刘海屏”,或是安卓厂商的水滴屏、打孔屏、屏下摄像,大家都在寻求一个可以真正实现全屏下的新方向。
今年年初于上海举办的世界移动通信大会大会上,中兴手机与光鉴科技发布了全球首款3D屏下方案,可以让手机真正告别“刘海”时代。目前,该屏下3D方案在技术、工程均已达到量产要求。
光鉴科技屏下3D结构光效果示意图

(图源:光鉴科技)

与苹果的“VCSEL+DOE”不同,光鉴科技把点阵和泛光发射器件整合在一起,以边缘发射激光器(EEL)为光源,然后利用自研的波前调制器(WFP)来做光线投射的切换,通过在亚波长尺度实现对光场的调制,来实现投射激光散斑的功能即只用了一个器件就实现了屏下3D技术。
事实上,这种方案将一束光分成几万束光线,不仅使其摆脱了对VCSEL的阵列依赖从而打破苹果一直垄断的技术壁垒,更实现了所有元器件国产化的进程。
工艺方面,光鉴科技WFP芯片所使用的工艺,通过国内的压印工艺就可以实现生产,其制程工艺大概在250nm左右;在技术实现方向,「光鉴科技」也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;采用国内可量产的EEL边光发射器,则可以通过减短脉冲、提升功率来实现更强的光线亮度,每个脉冲上的亮度已是VSCEL方案的4倍以上。
一般来说,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,吕方璐表示,「光鉴科技」方案的精度现可以做到苹果的3到5倍。
「光鉴科技」以纳米光子芯片为基础,实现近距离的3D结构光方案和远距离的ToF方案两条路并行的方式布局,使3D感知技术可以在AIoT领域实现大规模应用,涵盖智能手机、人脸支付、物流场景、机器人等多场景。
 
多个场景,定制化的“对齐”
光鉴科技形成行业护城河
2018年,3D结构光正兴起,彼时,人脸支付逐渐走入人们的生活,以保障用户隐私安全为目的的3D视觉技术成为刚需。同时,人脸支付亦是打通3D应用与AIoT架构必不可少的一环。
为了提高安全性,「光鉴科技」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,从而更好的实现更高效的数据获取能力与更强的数据安全性。据悉,「光鉴科技」的相关产品已应用在国内主流支付平台的,其软件算法、算法接口、客户端等形成了定制化的“对齐”。
 
「光鉴科技」从赛道的切入到供应链的全线把控,都形成了先发优势。供应链的投入随着交易量的提升也一定程度降低了成本,最终形成一个良性的生态循环。对客户来说,硬件与软件已与「光鉴科技」实现深度绑定。因此,这也成为「光鉴科技」的一大护城河,对后来者来说是不低的行业门槛。但对于新兴场景和领域,吕方璐坦言,头部效应还未形成,新入局者仍有一定机会。
在此过程中,软硬件结合的全栈式3D视觉解决方案将是较大的技术趋势,为AIoT的发展发挥着强大的赋能作用。吕方璐认为,3D感知的概念不囿于传统的固有思维,解决方案就是终端的服务。而未来,入局者的重点不再是“设计”,而是“定义”——即与终端客户共同探讨产品要接触哪个市场段的客户,如何把它打造成一个爆款产品。在他看来,只有更好地知道终端客户需要什么,才能为他们提供更好的服务。
据此,「光鉴科技」的打法根据客户需求,对不同场景的深入理解和定制化的开发,以满足每个场景的不同需求,从而更好的与终端厂商一起探索和突破不同产品的新应用可能。
“在这个过程中,从基于客户需求开发设计模组,到调配资源和整合生产都很重要。”吕方璐表示,「光鉴科技」坚信3D可以创造新的维度,能够通过光去重构与世界交流的方式,能够帮助客户创造真实的价值。”目前,「光鉴科技」已组成100多人的研发团队,从硬件端到软件算法端,具有一定的定制化产品或解决方案输出的能力,这也形成了「光鉴科技」自身的优势和护城河。
消费光子时代
3D感知重构AIoT
随着移动技术的发展,移动设备的计算能力和内存能力也在不断地迭代升级,5G技术、云计算的不断发展也不断赋能移动设备的性能,手机算力过剩。吕方璐认为,未来消费电子赛道,消费者的关注点将更多地放在人机交互与控制上,比如屏幕显示、摄像头、3D传感等,而这些都将基于光技术的底层逻辑。“未来,消费电子时代将走向消费光子时代,”他肯定地表示。
根据法国咨询机构Yole Développement的最新预测,到2026年,3D感知市场的市场规模将达到150亿美元,年复合增长率高达14.5%。光鉴科技以软硬件结合的全栈式3D视觉感知方案助力AIoT领域进入更全新的数字化场景中,为AI带来更多的可能。
吕方璐介绍道,光学产业整体链条较长,3D视觉领域是其中一个细分领域。对于3D传感而言,其相对于传统的CPU生产,全栈式3D视觉感知方案需要硬件技术搭配软件算法,具有一定的技术门槛,这也是其技术上的难点所在。
对于此细分行业的特征而言,「光鉴科技」从战略上实现软硬件并重,以自主创新的方式,以客户需求为驱动开发新技术。在ToB业务中通过深入沟通和合作去准确把握到B端客户核心关注点,将其反馈到整个研发和生产体系中。
软硬件并重策略中,“硬件”随着新冠疫情的变化,存在一定的突破难点——芯片和供外供应存在不可估的变量。「光鉴科技」团队也着力于追求供应链上的稳定性,寻求不同芯片供应商的方案来实现供应的稳定性。
随着国家对于芯片建设的重视,国家资本和民间资本的投入使得20nm以上芯片的工艺成为可能,投入资金在未来也将成为生产力,反哺行业发展。而当前,吕方璐介绍道,集成电路产能不足是最大的痛点,在资金入局转化为实际生产力和产能后将得以缓解。
放眼粤港澳大湾区,吕方璐认为,粤港澳大湾区的区位产业现状对于3D视觉技术行业来说,由于上游和下游资源丰厚是产业链相对完整的区域,利于供应链的整个开发。往下游看,支付、机器人、物流等领域都有布局。这也是「光鉴科技」选择立足于深圳的因素。
“从技术方面来讲,我们公司强调持续的自主创新技术,这也是技术公司的立足根本。所以不管是从硬件和核心的光学器件以及在软件算法上,光鉴科技一直坚持自研和创新的方案,在行业中亦有口皆碑。”吕方璐说道。