苹果的中国“门徒”:35家公司掀起国产3D视觉创业潮

智东西(公众号:zhidxcom)
文| 李水青

时隔三年,三维视觉技术有望自苹果2017年推出Face ID之后再次引爆智能手机圈!

智东西10月13日消息,苹果年度旗舰机iPhone 12系列手机的发布已经进入倒计时。根据预测,有两款iPhone12机型将配备LiDAR深度传感器,采用ToF立体视觉镜头。

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▲业内预测的iPhone ToF镜头

三维视觉技术对许多人来说已经不陌生。就像2D电影到3D电影的升维一样,搭载了这一技术的智能手机可以说成了一台三维相机。比二维人脸解锁更安全的三维人脸解锁、拯救路痴的AR导航、快速渲染的实物三维建模……许多酷炫的功能将在一台手机中实现。

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犹记得,苹果在2017年推出的FaceID结构光镜头时在国内引起了多大的关注。苹果之后,包括小米华为、OPPO在内的安卓厂纷纷跟进,到2018年底,三维人脸解锁几乎成了中高端智能手机的标配。

然而,如今苹果的三维视觉ToF镜头或许,再难引起当年Face ID结构光镜头一样的轩然大波了。

国内的三维视觉市场,已经不再是三年前的市场。在过去三年里,中国无疑成了三维视觉技术落地的热土,国内的厂家已经站在了与国际玩家一样的起跑线上。

早在一年多以前,华为、OPPO等安卓手机厂已经推出了搭载ToF镜头的智能手机。而跳出智能手机领域,阿里腾讯这两个国内首屈一指的超级经济体也已入局三维视觉技术,把三维刷脸支付设备推广到了超市园区、交通枢纽口等众多场所。除此之外,在扫地机器人、智能安防等许多领域都能看到三维视觉技术的身影。

在这场三维视觉技术落地潮背后,是一场前所未有的三维视觉创业潮滚滚而来。

自2017年以来,一批国产三维视觉“弄潮儿”在芯片、模组、集成方案等多领域激流勇进,让我们看到了中国光电领域最新鲜的创新力量。据智东西不完全统计,自2013年以来国内至少有35家3D视觉领域的代表性玩家正在快速发展。

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▲2017~2019年创立的部分三维视觉厂商

那么三维视觉市场和背后产业链在这三年里变化如何?三维视觉创业者的个体奋斗中孕育着什么样的计算机视觉升维赋能数字化进程的勃勃生机?

智东西通过深入访问炬佑智能CEO刘洋、螳螂慧视CEO陈玲、元橡科技CEO鲁耀杰等具有代表性的行业领袖,试图摸清这场国产三维视觉创业潮中的核心因素。

一、一场由智能手机圈迸发的三维视觉创业潮

不得不说,ToF技术的走红存在着一定的偶然性。

2017年9月13日,苹果Face ID的推出带动了国内安卓厂纷纷跟进三维结构光镜头技术。然而,正当安卓厂大举突破结构光三维视觉技术时,苹果朝着ToF三维视觉技术来了个“急转弯”!2018年6月,产业链消息称,2019年款的iPhone或许会配备ToF立体镜头,大概率是i-ToF(间接飞行时间法技术)技术。这个消息使得不甘落后的安卓厂暗自下定决心,在三维视觉技术上实现超车。

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2019年,iPhone 11上并没有像预测的那样搭载ToF。而安卓厂手机,迎来了ToF镜头的爆发年。OPPO R17 Pro、华为的“封神机”P30 Pro、三星S10等纷纷先于苹果搭载了ToF深度镜头技术……

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▲国内推出的智能手机中TOF相机模组应用情况

然而2020年3月,苹果的ToF方案似乎给安卓厂来了一次降维打击。苹果采用了不同于安卓厂i-ToF方案的d-ToF方案。关于苹果d-ToF方案与i-ToF方案的区别我们已经在《苹果又一改变产业的黑科技揭秘!iPad Pro的激光雷达有什么玄机?》解读(点击跳转)。简单来说,苹果选择的d-ToF模组方案性能更强,同时技术复杂度也更高。

到现在,安卓厂与苹果的三维视觉技术拉锯战仍在继续,难分胜负。一边是以华为、三星等为代表的安卓厂激流勇进,一边是苹果创新力的持续输出。

智能手机圈的这种技术竞争是一种良性竞争,大大推动了三维视觉技术的生态发展。在苹果Face ID发布后不到一年时间里,三维视觉技术在国内的应用已经拓展到了零售、车载、安防、家居等众多领域。例如支付宝的“蜻蜓”刷脸支付机和微信的“青蛙”,就通过巨头的生态引领里带动了整个产业链的发展。

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而在这片生态下的产业链端,多年来深耕三维视觉赛道的玩家看到了希望。

在过去几年里,无论是奥比中光华捷艾米这样的系统集成商,还是舜宇光学、欧菲光这样的模组厂商,抑或是纵慧、乾照这样的上游元器件商,都成为供应链和资本市场中的炸子鸡。

更值得一提的是,一批三维视觉领域的国产新星,也在这片滚滚而来的视觉技术的升维战和蓝海市场中,冉冉升起。

不得不说,苹果“无心插柳”,而国产三维视觉创业潮已经“绿树成荫”。虽然三维视觉技术兴起离不开其自身技术和产业链的发展,但巨头的引领无疑是一大催化剂。根据我们走访调查,在2017~2019年创立的一批高科技创企中,有一大批聚焦三维视觉。

而这些在这波从消费电子领域迸发的三维视觉浪潮中诞生的三维视觉创企,也成为我们观察整个三维视觉技术和产业发展历程的重要参考。

二、创企视角下,三大技术流派的竞速赛

这些三维视觉创企按照三维视觉的技术路径,可以大致分为三类。沿着三条技术路径,也出现了三类不同的三维视觉创企。

简单来说,结构光法采用主动投影已知图案,采集图案形变信息的方法来识别物体;ToF则是通过发出一面光墙,探测飞行光的往返时间来测量物体距离;而双目深度视觉技术不同于前两者主动发光测量的方法,而是像人的双眼一样依靠拍摄的两张图片来计算深度。

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按照普遍认知,基于不同的测量原理,ToF、双目、结构光在测量精度、距离范围、抗干扰力等各个方面都存在区别。(想要了解三大三维视觉技术流派的具体解读,可跳转至《三维视觉终于火了!两年内从Face ID到刷脸支付,下一个风口到了》)

沿着不同的技术流派,国内的三维视觉创业潮中出现了不同的三维视觉创企。

1、ToF领域“后浪”多:芯片最难,就磕芯片

在几种不同的三维视觉流派中,ToF无疑是“后浪”,是近年的创业集中爆发地带。

ToF三维视觉技术通过光飞行时间来计算被测物体离相机的距离,这就决定该技术对光学传感芯片要求很高。而这类芯片长期以来都是索尼、三星、英飞凌等国外厂商的天下。

但国内许多深耕ToF技术的创企恰恰选择了芯片这座陡峭的山峰来攀登。近年来,涌现出包括聚芯微电子、炬佑智能、芯视界等一大批从芯片切入行业的创企。

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▲近年来国内创立的部分ToF三维视觉厂商

以炬佑智能公司为例,这家成立于2017年的公司专注于ToF芯片和系统开发,尤其在ToF发光驱动及处理、算法等全面量产并开发利用,可以说填补了国内市场的一片空白,在全球也能居于前五的水平。

为什么选择这条赛道?炬佑智能CEO刘洋告诉智东西,这其实早在四五年前做的决定。刘洋在在ADI、TI、Fujitsu等国际顶尖半导体企业有过25年的从业经历,任技术总监等重要职位。而这次创业,刘洋和他的同事所做的准备好比一张细密的网。

2018年,炬佑智能公司的第一款ToF芯片在2018年流片成功,实现量产。仅仅一年多之后,其320x240dpi等多种分辨率的ToF传感芯片已为扫地机器人、VR/AR、智能支付等应用提供完整的脉冲TOF方案,客户达到200多家。当然,炬佑智能的产品主要落地在非手机领域,但已经代表了国产先进的水平。

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▲炬佑智能的ToF技术方案实例展示

刘洋认为,由于ToF的成本具有很大的压缩空间,“随着技术难度和市场需求的改变,ToF会必然替代双目和结构光技术成为3D视觉感知技术的主流。”而面对“d-ToF”发展的趋势,刘洋表示这也在公司的预测范围内并将逐渐布局。

说到d-ToF技术,有人预测在明天推出的iPhone 12 Pro将用到这一技术,而国内也已经有在这条赛道上勇攀高峰的玩家。

南京芯视界就是其中之一。南京芯视界公司成立于2018年04月,主营固态激光雷达芯片、大数据中心超高速光电互联芯片及系统解决方案,其芯片产品可实现高达250米的距离测量和厘米级别的测距精度。该公司在近日刚刚获得了华为哈勃科技投资有限公司的投资。

在2017~2019年的这波ToF三维视觉浪潮中成长起来的创企中,还有很多都凭借自身的傍身之技居于国际玩家一条起跑线上。

拿d-ToF技术依托的阵列SPAD(single photon avalanche diode,单光子雪崩二极管)来说,这种工艺非常复杂的技术,而成立于2018年05月的灵明光子公司已经能够实现国产供应。

除了CMOS传感器芯片,ToF技术产业链中还是及VCSEL(垂直腔面发射激光器)、DOE(衍射光学元等工艺复杂的元器件,其中的许多元器件供应链也是与结构光三维视觉技术共享的。

在这一波三维视觉创业潮中,上游的各种核心元器件产业链中都活跃着新型国产创企的身影。

有许多元器件厂商既能支持ToF,又能支持结构光技术。以VCSEL及相关元器件为例,近年来就诞生了博升光电、柠檬光子、瑞识科技等众多玩家,与Lumentum、AMS等国际性大厂在某些领域展开激烈竞争。

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▲2017~2019年创立的部分VCSEL元器件三维视觉厂商

2、结构光三维视觉技术大有可为,不局限于智能手机

说完为ToF和结构光技术共同提供核心元器件的创企,我们再来说说结构光三维视觉技术领域的创企。

在近年来的智能手机卖点中,ToF无疑大抢结构光技术的风头。但在国内三维视觉的创业潮中,结构光技术流派可以说源远流长,不仅有奥比中光、华捷艾米等一批成熟的“老炮”,还有螳螂慧视、深浅优视等一批活力四射的新玩家。

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▲近年来创立的部分结构光三维视觉厂商

以螳螂慧视为例,虽然成立于2018年非常年轻,这家公司却在当年一举拿下国产首部搭载前置结构光镜头的小米8透明探索版订单。如果说炬佑智能公司CEO刘洋是海外归来的法师级掌舵人,那么螳螂慧视CEO陈玲则是站在巨人的肩膀上的求索者。

2017年,陈玲的团队携手以色列企业Mantis Vision,在2018年在中国合资成立了螳螂慧视,依托Mantis Vision十几年的掩膜编码结构光技术,在国内开辟了一条与苹果所用的散斑结构光技术截然不同的结构光技术路线。到今年年底,以色列Mantis Vision的所有底层深度传感技术将完全属于中国公司螳螂慧视。

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当下,随着智能手机圈的三维视觉热点正从“结构光镜头”轮换到“ToF镜头”,螳螂慧视如何布局自身的业务?螳螂慧视的视野远比我们想象得更开阔。

陈玲告诉智东西,其创业团队其实原本是做企业数字化出身,创业最初就不只是着眼于消费电子上,而是希望能把每个行业的核心业务对象进行数字化。

什么意思?打个比方,比如,犯罪现场即是公安的业务场景,被撞车辆物体则是车辆检测场景的核心业务对象,而我们利用三维视觉技术把这些核心业务场景和对象数字化以后,后面的数据应用和分析工作都可以交给计算机去做,从目前国内外顶尖论文来看,在人工智能领域应用3D数据是趋势。

陈玲也谈及了对苹果保留结构光镜头,同时发力ToF的看法。他认为,作为一个生态玩家,苹果有一个很长的产品路径图,它从没有停止过研发使用结构光,也同时在后置上做d-ToF探索,主要是在AR及3D内容创建方向有其远景。

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▲采用螳螂慧视三维结构光技术方案实现的AR功能

而聚焦到结构光技术和ToF技术的精度、距离、成本等量化指标比较,也并没有看到结构光有多大的劣势。陈玲透露了一个先前的实验室专业测试结果——其掩膜编码结构光技术在4.5米范围内的测量中,其性能高于目前常见ToF技术。

3、双目深度视觉创企的技术自信

双目深度视觉是三维实景创业潮中的又一大方向,与ToF、结构光技术路线相比,显得“遗世独立”许多。凭借远距离测距、图像成像等特性,双目深度视觉创企已经在车载、智能监控等领域占得先机,常见的包括中科慧眼、元橡科技、小觅智能等。

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▲2017~2019年创立的部分双目立体视觉三维视觉厂商

以元橡科技为例,这家成立于2017年的双目3D视觉创企无疑在2020年迎来了阶段性的高光时刻——自研双目立体视觉芯片实现量产,大举落地到车载及车载以外的许多场景。今年八月,元橡科技办公场地也从北京北五环挺进了北三环,承载越来越多的订单和新进人才。

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▲元橡科技的核心技术展示

与卧虎藏龙的三维视觉领域的许多创业者类似,元橡科技公司CEO鲁耀杰也曾在世界500强企业工作数年,深耕车载双目深度视觉技术。

为什么选择双目立体视觉这条赛道?

鲁耀杰告诉智东西:“我们认为视觉从二维到三维是一个必然的趋势,而选择在车载领域研发双目深度视觉技术,多少有些年少轻狂的作用,上来就挑战了最难的领域。这一领域可以说是‘航天航空的品质要求,白菜的价格’。”

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▲元橡科技的双目立体视觉深度分析技术应用实例

在元橡核心团队开始做车载双目立体视觉方案时,国内这一市场也几乎是一片空白,当时常见的选择就是Mobileye博世大陆等国外玩家,元橡科技如何冲出重围?一大策略就是为头部玩家提供“特色功能”。

以商用车项目为例,基于元橡科技自动驾驶L2级“可通过性检测”功能,客车能够预判汽车是否能通过涵洞等狭窄路段,这是其它传感器方案难以实现的。由此,元橡双目立体视觉技术的市场就从试用到量产,从一个品牌到多家品牌传开了。

双目立体视觉技术兴起于车载等较宽大的场景,而随着技术落地领域的拓展,双目立体视觉技术面临的无疑是与结构光、ToF三维视觉技术的正面对垒。

对此,鲁耀杰表现出十足的技术自信,他认为,结构光、ToF及双目立体视觉三种不同的技术有各自适应的应用领域,脱离场景去对比技术完全是一个悖论。非要进行比较,则要在同一个领域比较,比如双目和ToF都被应用在扫地机器人领域,那么那个更好就需要在这一领域内拼自己的特点。

最后,鲁耀杰十分谦虚地用一句总结了自己的看法:“所谓的行业技术壁垒,其实就是时间壁垒。所有的人都是极度聪明,不认为自己比谁更聪明,只是我们跑的更快一点。”

结语:计算机视觉升维竞速赛来临

从国内三维视觉创业潮的表面,我们看到是苹果、华为、支付宝这样的巨头玩家在掀起惊涛骇浪。当我们潜入潮底,则发现了一群具有丰厚产业经验、技术底蕴、国际合作头脑和开阔视野的“弄潮儿”。

他们既不畏惧面向芯片短板迎难而上,又具有站在巨人的肩膀上思考的头脑。而聚焦到这一行业创业者中的不同技术流派,无论是哪一派都对自身的技术路线保持着深刻自信。

计算机视觉技术从2D像3D的升维在国内是一个肉眼可见的发展趋势,国产正与国外企业站在同样的起跑线上,三种不同的三维视觉技术流派也在不同的市场领域暗自比拼。谁会压倒谁还难以预测,还要看谁先建立起技术壁垒,或者说,时间壁垒。