什麼是雷射雷達?它能給你的手機帶來什麼?

2020-12-18 知新了了

雷射雷達(LiDAR)到底是個什麼東西?今年,它出現在了新的iPad Pro平板電腦上,還有傳言說它將出現在iPhone 12上,而且在過去的幾年裡,它的一種形式實際上已經出現在Android手機上。什麼是雷射雷達(LiDAR),為什麼行動裝置上會使用到它?在這裡,我們將帶你了解這項技術的功能,它的部署方式,以及為什麼它可能很快就會像智慧型手機中的攝像頭一樣普遍。

如果您之前對雷射雷達(LiDAR)有所耳聞,可能會知道一些相關概念,比如「光探測和測距」、「雷射成像、檢測和測距」,或者只是「光和雷達」,這取決於你接觸的領域。但它最主要的應用是與自動駕駛汽車有關的,這是目前用來幫助車輛識別行駛方向和周圍環境的關鍵技術之一。

事實上,雷射雷達的歷史比自動駕駛汽車要久遠得多。這項技術誕生於20世紀60年代,最初的目的是跟蹤衛星和軍事目標,其基本理念與今天的雷射雷達技術是相同的:使用光來跟蹤物體的位置。

通過測量光線(特別是雷射)擊中某物並再次返回所需的速度,可以確定該物體的位置。這就是第一批LiDAR系統的工作原理,蘋果最新的平板電腦也是採用此原理。

20世紀80年代,雷射雷達技術有了實質性的改進,紅外雷射系統開始被普遍用於航空繪製建築物和地形地圖。同樣的技術在今天仍在使用,能夠測量從海洋深處到隱藏的瑪雅定居點等的一切東西。

通過記錄雷射返回的時間,以及反射的角度,雷射雷達數據可以與其他信息相結合,生成非常精確的3D地圖。專業的LIDAR系統通常與GPS設備相結合,這是現在智慧型手機中常見的另一種技術。

正如我們提到的,雷射雷達對自動駕駛汽車非常有幫助(儘管伊隆·馬斯克從不喜歡雷射雷達)。部署在車輛頂部的雷射雷達掃描儀可以實時「看到」物體,甚至是那些連你自己都看不到的物體,從而創造出所謂的「點雲」 —— 這就是自動駕駛汽車可以規避的空間點的三維地圖。

某些雷射雷達的配置,甚至敏感到可以探測到空氣中的汙染物,或者能夠監測機場的交通流量。所有這些應用程式的共同之處在於,它們都依賴於數據收集和數據分析之間的微妙平衡,當涉及到平板電腦和智慧型手機時,這絕對是一個值得記住的有用框架。

我們再說回到行動裝置,回到蘋果公司。蘋果公司是第一個使用雷射雷達來描述其最新「深度傳感」傳感器的公司。其實,iphone和ipad已經有深度傳感器很多年了(這就是為什麼它們可以用肖像模式來模糊背景的方法),但是,這次LiDAR將其提升到了一個全新的水平。

根據蘋果公司的說法,新iPad Pro內部的LiDAR掃描儀可以在單個光子的水平上工作,距離可達5米(超過16英尺),速度可達納秒級(因此可以在眨眼之間捕捉到場景)。毫無疑問,A12Z仿生晶片組在解釋數據方面也做了很多繁重的工作,也因為如此,在相當長一段時間內,你不太可能會看到LiDAR出現在任何經濟型手機上。

最大的不同將出現在蘋果最喜歡的領域之一,增強現實領域。例如,現在iOS和iPadOS附帶的測量應用程式,一旦涉及到LiDAR,就會更快、更準確、更精細。你可以在iPad Pro上將其用作一個嚴肅的、專業的測量工具,而不僅僅是一個能提供良好長度、深度和高度近似值的新奇產品。

雷射雷達的配備,意味著蘋果設備第一次可以繪製出詳細的3D環境,就像多年人們利用飛機航測來繪製海洋和山脈的地圖一樣。我們談論的不僅僅是計算機桌面上的「我的世界」,我們談論的是建立在桌子上、地板上和貓咪周圍的「我的世界」,而且不會出現故障。

當涉及到AR應用程式時,你可以把家具直接放進你的客廳,這些對象將看起來更像現有空間的一部分。或者,以AR遊戲為例,它將能夠以一種比以往任何時候都更加真實的方式,讓角色出現在角落後面和柵欄上方。

物體的放置將會更加精確和真實,實時的動作捕捉將會更加全面,你使用的任何AR應用都能更好地處理場景中的物理物體(雷射雷達帶來的改進將會自動整合到蘋果的ARKit框架中)。

目前,雷射雷達所需的處理能力,和手機內部所需的傳感器將這項技術限制在高端設備上。但與任何移動技術一樣,隨著時間的推移,它應該會變得更便宜、更實用。如果蘋果堅持使用這項技術,預計它的作用範圍和精確度會逐年提高。

這並不是說,未來手機配備雷射雷達是不可避免的趨勢,實際上,其他深度感知技術已經出現,人工智慧將繼續在使用標準相機傳感器感知深度方面做得更好。雷射雷達可以在各種照明條件下工作,非常快,非常準確,這也是蘋果公司看好它的部分原因。

但是,在蘋果最新的iPad中配備的雷射雷達的形式,與許多高端Android手機使用的非常不同。許多Android手機使用的深度傳感器被正式稱為「飛行時間傳感器(time-of-flight,ToF sensor)」,在很多方面和用途上,它都是LiDAR。像雷射雷達一樣,「飛行時間傳感器」使用反射光來測量距離,以獲得相機效果和AR。但它是一個無掃描的雷射雷達系統,依靠單一的光脈衝來繪製整個空間的地圖,而蘋果則使用掃描儀雷射雷達,它使用多個光點來更頻繁、更精確地讀取這些數據。

因此,即使智慧型手機已經失去了讓我們感到驚豔的能力,但從第一代iPhone開始的13年裡,它們仍然可以變得更快、更聰明、更有能力,雷射雷達就是證明。

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