激光雷達通常被用于軍事、工業(yè)領(lǐng)域,在民用消費領(lǐng)域上非常少見。但蘋果iPhone12已經(jīng)配備了激光雷達(LiDAR)硬件,其主要作用是精準(zhǔn)測算物體距離并且完成建模數(shù)據(jù),更有消息稱,LiDAR激光雷達掃描儀,或在iPhone13系列上全系標(biāo)配。
激光雷達到底是個什么東西?為什么移動設(shè)備上會使用到它?本文將簡單普及這項技術(shù)的功能、部署方式,以及為什么它可能很快就會像智能手機中的攝像頭一樣普遍?
相信大家都對激光雷達有所耳聞,知道一些相關(guān)概念,比如“光探測和測距”、“激光成像、檢測和測距”。沒錯,它目前最火最主要的應(yīng)用應(yīng)該是與自動駕駛汽車有關(guān)的——這是目前用來幫助車輛識別行駛方向和周圍環(huán)境的關(guān)鍵技術(shù)之一。
事實上,激光雷達的歷史比自動駕駛汽車要久遠得多。這項技術(shù)誕生于20世紀(jì)60年代,最初的目的是跟蹤衛(wèi)星和軍事目標(biāo),其基本理念與今天的激光雷達技術(shù)是相同的:使用光來跟蹤物體的位置。
通過測量光線(特別是激光)擊中某物并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(tǒng)的工作原理,iPhone平板電腦配備的激光雷達也是采用此原理。
20世紀(jì)80年代,激光雷達技術(shù)有了實質(zhì)性的改進,紅外激光系統(tǒng)開始被普遍用于航空繪制建筑物和地形地圖。同樣的技術(shù)在今天仍在使用,且在測繪領(lǐng)域的自動駕駛、文物保護、地災(zāi)監(jiān)測、林地監(jiān)管等場景中廣泛應(yīng)用。
通過記錄激光返回的時間,以及反射的角度,激光雷達數(shù)據(jù)可以與其他信息相結(jié)合,生成非常精確的3D地圖。專業(yè)的LIDAR系統(tǒng)通常與GPS設(shè)備相結(jié)合,這是現(xiàn)在智能手機中常見的另一種技術(shù)。
正如我們提到的,激光雷達對自動駕駛汽車非常有幫助。部署在車輛頂部的激光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(chuàng)造出所謂的“點云” ——這就是自動駕駛汽車可以規(guī)避的空間點的三維地圖。
某些激光雷達的配置,甚至敏感到可以探測到空氣中的污染物,或者能夠監(jiān)測機場的交通流量。所有這些應(yīng)用程序的共同之處在于,它們都依賴于數(shù)據(jù)收集和數(shù)據(jù)分析之間的微妙平衡,當(dāng)涉及到平板電腦和智能手機時,這絕對是一個值得記住的有用框架。
說回移動設(shè)備,回到蘋果公司。蘋果公司是第一個使用激光雷達來描述其最新“深度傳感”傳感器的公司。其實,iphone和ipad已經(jīng)有深度傳感器很多年了(這就是為什么它們可以用肖像模式來模糊背景的方法),但是,激光雷達將其提升到了一個全新的水平。
據(jù)了解,蘋果手機的激光雷達作用主要有如下三點:
1、激光雷達LiDAR(Light Detection and Ranging,激光探測和測距),又稱光學(xué)雷達掃描儀。它的工作原理是通過向外發(fā)射紅外光束,通過接收投射物反射回來的光線探測物體。
2、蘋果iPhone12手機用上了LiDAR激光雷達后,可以實現(xiàn)更快的對焦速度和更加精準(zhǔn)的3D建模,但是這顆雷達的探測距離僅為5米,所以和工業(yè)用途的激光雷達存在很大的性能差距。
3、具體來說,蘋果iPhone12的激光雷達主要是對拍攝中對焦的部分進行優(yōu)化,為對焦提供更高的精度,甚至在完全黑暗的環(huán)境下也可完成對焦。另外,激光雷達可帶來的更高精度的3D建模能力,對于強化AR應(yīng)用起到了關(guān)鍵性的提升。
根據(jù)蘋果公司的說法,iPad Pro內(nèi)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)。
最大的不同將出現(xiàn)在蘋果最喜歡的領(lǐng)域之一,增強現(xiàn)實領(lǐng)域。例如,現(xiàn)在iOS和iPadOS附帶的測量應(yīng)用程序,一旦涉及到LiDAR,就會更快、更準(zhǔn)確、更精細,在iPad Pro上可以將其用作一個嚴肅的、專業(yè)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(chǎn)品。
激光雷達的配備,意味著蘋果設(shè)備可以繪制出詳細的3D環(huán)境,就像多年前人們利用飛機航測來繪制海洋和山脈的地圖一樣。我們談?wù)摰牟粌H僅是計算機桌面上的“我的世界”,我們談?wù)摰氖墙⒃谧雷由?、地板上和貓咪周圍的“我的世界”,而且不會出現(xiàn)故障。
當(dāng)涉及到AR應(yīng)用程序時,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(xiàn)有空間的一部分?;蛘撸訟R游戲為例,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(xiàn)在角落后面和柵欄上方。
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(yīng)用都能更好地處理場景中的物理物體。
目前,激光雷達所需的處理能力,和手機內(nèi)部所需的傳感器將這項技術(shù)限制在高端設(shè)備上。但與任何移動技術(shù)一樣,隨著時間的推移,它應(yīng)該會變得更便宜、更實用。如果蘋果堅持使用這項技術(shù),預(yù)計它的作用范圍和精確度會逐年提高。
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