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行业新闻

VR/AR、无人机等产业带动LED及激光光学元件需求成长

发布者:   发表时间:2021/1/22 14:48:59   浏览次数【1112

      在3C及游戏应用产品中触控技术已达成熟之际,下阶段随着AR/VR、无人机等新兴产品需求的扩大,为达到更直觉式的互动控制方式等,将带动3D(即三维)影像测距技术发展,包括三角测距、结构光源、时差测距等。而据调研机构观察,为取得清晰及深度影像以精确计算被测物距离、手势动作、障碍物回避等,LED/激光光学元件将在其中扮演关键角色。

  交互新需求的产生 推动3D扫描/测距技术应用

  自人类发明了工具以来,与工具之间就需要通过一种方式建立起联系,用手握住工具的把手就是联系的一种。进入电子科技时代,交互的重要性愈加凸显,就好像遥控器之于空调、键盘鼠标之于电脑、游戏手柄之于电视游戏等等,缺少了一个简单有效的交互,工具对于人类也就失去了意义。

  为突破计算机以键盘、鼠标控制与互动的传统方式,进步到以触控、语音输入、手势控制,甚至以各式视觉感官方式来操作的境界,各大厂无不绞尽脑汁发展出各种新的互动控制技术,让人类能以更直觉、更方便的方式,与3C装置互动。

  其中,「触控」方式已属成熟的技术,如今早已广泛应用在手机、平板、车载电子等装置。至于语音辨识/输入技术的发展,则是透过将语音资料上传至云端服务器做辨识分析,如今也达到不错的辨识度,并广泛应用在日常生活中;现在市面上已有不少3C产品,能以语音命令输入方式来做互动,且免学习,即可马上操控,让人们与机器的互动更自然、直觉。

  然为达到更直觉式的互动控制方式,近年来人机互动发展趋势主要以「计算机视觉」为最热门的领域。当前已有厂商推出这类的3C产品,包含游戏机、手势控制器、穿戴式控制产品等,让人们运用手势控制与体感控制来与计算机互动,但要达到更精细的控制程度,仍有一大段路要走。

  随着VR与AR技术的发展,以及人们在虚拟世界寻找存在感的需求的产生,手势与体感控制势将成为最自然的互动体验,因此促使新一代3D(即三维)扫描/测距技术的应用更加广泛,引爆视觉运算的新需求。从各大ICT厂商们纷纷布局3D扫描、测距相关技术与专利,即可看出这类专利在未来视觉运算应用的重要程度。

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  3D感测技术 带动LED及雷射光学元件需求量成长

  调研机构观察,随着手势、体感、VR、AR、以及扫地机器人、无人机的应用需求兴起,导入光学3D摄影机产品并搭配非接触主动式的测距与感应技术,有逐渐升高趋势,此将带动关键零组件LED及雷射光学元件需求量成长。

  VR/AR硬件系统设计中,要做到更沉浸式的体验,必须搭配IR(红外线)/雷射发射器、适配器,甚至LED元件等,来做为头部移动、身体追踪与定位追踪(PositionDecetion)、手势感测(GestureRecognition)、影像投射(Projection)、眼球追踪(EyeTracking)等系统,让玩家或使用者能够透过身体部位的移动,与VR世界里的人事物互动交流,例如HTCVive、OculusRift、FOVE等构成即是如此。

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三维手势

  以体感类游戏为例,自其推出后,其控制器即内建不少MEMS及各种IR/LED元件,现今VR头盔设计虽亦遵循控制器的设计形式,但配置更多MEMS元件及IRLED感测等元件,以便透过光束的方式来侦测目标位置与移动量。

尽管现阶段各家VR业者的感测技术原理均不尽相同,但光学传感器/元件是不可或缺的关键零组件,占VR系统成本比重也相对偏高。因此未来VR厂商还会针对其系统不断的优化,包括整合更多的功能以及更进一步降低成本。

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  目前各3C产品应用到的3D测距技术(三维手势识别),主要以三角测距(Triangulation)、结构光源(Structure Light)和时差测距(Time of Flight;ToF)等三种技术为主流,其中ToF技术的导入有越来越明朗化的趋势,成为新一代AR/VR产品、无人机,甚至车辆自动感知主流测距技术。

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结构光源(Structure Light)

  ToF是SoftKinetic公司所采用的技术,该公司为Intel提供带手势识别功能的三维摄像头。同时,这一硬件技术也是微软新一代Kinect所使用的。

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时差测距(Time of Flight;ToF)

  这种技术的基本原理是加载一个发光元件,发光元件发出的光子在碰到物体表面后会反射回来。使用一个特别的CMOS传感器来捕捉这些由发光元件发出、又从物体表面反射回来的光子,就能得到光子的飞行时间。根据光子飞行时间进而可以推算出光子飞行的距离,也就得到了物体的深度信息。就计算上而言,ToF是三维手势识别中最简单的,不需要任何计算机视觉方面的计算。

  非接触式3D测距技术优缺点比较:

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  注:时差测距量测距离范围广,指极近及较远距离皆可侦测到。

  对于复杂的3D场景,3D的手势交互是不可缺少的,而且更加真实和沉浸式的3D场景体验,才是VR内容的未来。而在重度VR体验内容中,空间的深度信息更为复杂,应用场景的变化也更加多样化,只有3D的手势识别能够较好的满足精度、延迟和沉浸的要求。

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