ToF 鏡頭技術人面解鎖更精準:解構 Android 超越 iPhone 的關鍵

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隨著國際流動通訊大會 MWC 臨近,亦意味著 2019 年第一季的新手機發布潮即將來臨,繼上年的「全面屏」之後,今年成為 Android 新機各廠追捧的「標準配置」共有幾項,而除了最多人知道的 Qualcomm Snapdragon 855 處理器以外,還有一樣大家開始有聽聞,但卻聽不了解的新硬件 - ToF 鏡頭。

今年絕大多數的 Android 機,都大行多鏡頭設計,而在高像素主鏡以及廣角鏡以外,廠商們都傾向加入一個 ToF 鏡頭。那究竟 ToF 鏡頭是甚麼?以下就與各位詳細解構。

ToF、「飛時測距」是甚麼?

ToF 全名為 Time-of-Flight,中文即「飛時測距」(譯成中文好像更不明白了?),簡單來說,ToF 就是計算光/紅外線/激光的反彈時間,來計算事物與發射源之間距離的一個技術,而目前在手機上用的技術則多為紅外線。

透過獲得多點的距離,ToF 傳感系統就可以有效塑造一個 3D 立體模型,為下一步應用提供材料。

ToF 鏡頭的運作原理:由 ToF 模組發射器發射經過訊號化的紅外線,向景物發射,由鏡頭接收反射回來的紅外線

比 Apple iPhone X/XS 的 TrueDepth 更強

ToF 最大的功能,在於立體景物的辨識以及模型建構,在手機範疇最炙手可熱的賣點當然就是用在人面辨識之上,是以不少人都會將之與 Apple 用在 iPhone X、XS 等旗艦機上的 TrueDepth 感應器進行對比,而事實上,ToF 於應用層面對比 TrueDepth 有著決定性的優勢,誘使 Android 廠商們在 2019 年廣泛採用。

TrueDepth 技術名為「Structure Light 結構光」,同樣需要將紅外線照射在人面/景物上,然而它並不會接收反射回來的數據,而是以另一特製鏡頭拍攝紅外線參照點的圖像,再以點與點之間的偏差距離計算出景物的凹凸/深度。

上年的小米 8 也運用了同樣的技術作為 3D 面孔辨識的基礎

由於需要物理上的可見辨識,TrueDepth 的結構光技術有著幾個難以突破的限制,例如參照點不能太多(因為太密就拍不到距離)、在陽光下的使用會受到影響,另一方面,由 TrueDepth 鏡頭拍攝的圖像需要系統的額外運算,亦變相增加入了處理器的負擔、延長了辨識時間。

據現在已經將 ToF 鏡頭實裝在手機上的 vivo 所講,他們的 ToF 鏡頭可以支援 30 萬個參照點,而 iPhone 的 TrueDepth 只有 3 萬個。

而 ToF 技術,先天設計就只是讓鏡頭接收最直接的數據再交由處理器作運算,於情報處理的程序上少了一重,減少了處理的時間與資源負擔,然而鏡頭的製作成本卻比 TrueDepth 更低。如果對電腦圖像有理解的朋友,大概可以將 ToF 與 TrueDepth 類比成「Vector Graphic 向量圖檔」與「Pixel Graphic 像素圖檔」,就會更容易理解兩者間的分別。

不止前鏡可以用!ToF 技術的應用

ToF 於手機最常用來示範的是 3D 面孔辨識,但除了在機面用於解鎖之外,其實它還有更多不同的用途,例如用於自拍時的美顏用途。
 

透過 ToF 進行的立體面孔製模,可以用於更精細的自拍面容「整型」

而由於 ToF 本身就是用來測定距離的工具,故放在機背作為主鏡的輔助也是十分實用,尤其是近年手機上十分流行的人造散景效果。另一方面,可以精準測量景物距離的特性,亦有利於手機於 AR/MR 技術方面、結合 3D 動畫效果與現實世界的應用之上。
 

哪些手機會採用 ToF 鏡頭?

目前在市面上採用 ToF 鏡頭的手機不多,香港市場可以買到的暫時只有 vivo NEX 雙屏版,但在未來的一個月,於 MWC 前後發表的新 Android 機,基本上都已經可以肯定採用 ToF 技術來實現更快速的 3D 人面解鎖、正式挑戰 Apple 兩年來的 FaceID 功能。

目前傳聞會加入 ToF 鏡頭的手機包括:

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