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iPhone12的LiDAR所使用的ToF技術<續>

前一話我們提到LiDAR和結構光的差異,最後面問了大家一個問題,就是哪一種量測誤差不受距離影響呢?

答案就是LiDAR技術喔 ! 那是為什麼呢?

結構光量測的是影像上pixel的位置,回到相機模型裡面實際上量測的是角度。而LiDAR量測的是時間,利用時間透過光速計算光線前進的距離。如果LiDAR裝置可以分辨0.00000001秒的差異,距離的量測誤差就達到1.5公尺(300000000*0.00000001/2=1.5)。由於光速太快了,所以我們對時間的感應偵測要非常的敏銳才能得到更精準的距離,這也就是LiDAR等級高低的主要差異。一般較為平價的LiDAR設備(例如iPhone 12)量測精度約在2cm上下,百萬上下的LiDAR就能達到mm級的精度。

另外還有一種坊間所謂dToF的技術,是工程領域所稱的相位差測距法。這種測量技術一般而言能得到相對的距離差異,難以得到絕對的距離值(需透過多種頻率單點測量方能達成)。什麼叫做相對的差異或絕對距離值呢?例如我用深度相機拍了一張臉部的照片,一個人的鼻子是否高挺,可以透過鼻頭與人中的距離判斷。鼻頭與人中的距離,屬於相對的距離差異,但是鼻子離相機的距離,屬於絕對的距離值。相位差測距法可以得到非常準確的相對距離值。而結構光技術僅在硬體設計的距離範圍內可以運作,iPhone X將結構光感測器放在面對人臉的這一側(前置鏡頭)就是只能掃描人臉的單一用途,因為人臉能夠完整的放進畫面內時,距離手機的距離是可以估計的。距離手機太遠的物體便無法量測,因此也無法作為對焦裝置之用。

蘋果使用LiDAR就是因為他需要此裝置協助相機的對焦功能,相機對焦需要絕對距離值,但其他的方式目前都沒有能將整個相片範圍都能同時良好測距的設備。以往使用LiDAR技術的設備都是相當高昂的,因為蘋果採用LiDAR技術之後,使得相關零組件需求大增,平均單價大幅下滑,以後各種的LiDAR設備都會大幅降價,相信這是蘋果對工程領域最大的貢獻。

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