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你不了解的3D结构光 将在5G应用中扮演什么样的角色?

还记得那个有趣的广告吧?一个卡通形象跟随着真实人物一起做着一模一样的表情,这可是iPhone X的卖点之一,而实现这一功能的3D结构光摄像模组就在它的小刘海里。iPhone引领了这一技术,不过,国内终端厂商不仅在这一领域完成了破冰,还实现了5G视频通话。

5月10日,OPPO正式完成了全球首个采用3D结构光技术的5G视频通话演示。OPPO在演示中使用了高通的5G新空口终端原型机,通过定制版OPPO R11s智能手机的RGB和结构光摄像头分别采集被摄物色彩和3D深度信息,再经过5G 传输,最终在远端显示器上实现三维人像画面的还原。这一演示的完成,既开启了5G应用的探索之旅,也引发了更多关于5G时代终端形态的思考。

你不了解的3D结构光 将在5G应用中扮演什么样的角色?

5G 3D视频通话演示

5G将给手机产业带来什么?

在OPPO研究院完成的系列演示,并没有以3D结构光为开场,5G连接带来的丰富应用成为最先被分享的部分。据OPPO研究院标准研究中心总监唐海介绍,OPPO于2015年建立5G标准团队,2017年成立通信标准部,2018年成立OPPO研究院标准研究中心。OPPO参加了3GPP RAN1、RAN2、RAN4、SA2的相关工作;参加我国5G试验工作组,参与终端规范编写;参加GTI,承担5G终端白皮书编写。

你不了解的3D结构光 将在5G应用中扮演什么样的角色?

OPPO研究院标准研究中心总监唐海

从2G时代的跟随到5G时代的引领,国内厂商在各个环节都在渗透自己的力量,谈及参与5G技术研究及标准制定的初衷,唐海表示:“OPPO拥有大量手机用户,有必要为了保证终端用户的体验,或者说保证整个产业的质量出发,从技术影响力、产品影响力和行业影响力等方面来参与国际标准的制定。通过标准先行,为后续产品的设计与推广打下基础;为用户带来更优质的超高速、低时延的业务体验,为未来万物互联提供基础框架;参与并合作完成5G通信标准规范制定,站在用户的立场推动技术发展。”

OPPO在5G终端的标准制定工作中,做了很多扎实的工作。2015年9月支持3GPP需求立项,共同参与5G需求讨论,在3GPP需求国际研讨会上做主题发言;2016年3月,支持3GPP 5G研究项目(SI)立项,与国内厂商共同参与5G研究项目讨论,输出上百篇文稿;2017年3月支持3GPP 5G 工作项目(WI)立项,深度参与技术讨论,输出百篇文稿。在3GPP 5G核心技术讨论中,OPPO担任重要特征的讨论组织者;在3GPP 5G技术评估工作中,作为第一家终端企业提交了仿真评估结果;OPPO支持语音及视频业务在5G系统下的解决方案,作为主要参与单位参与语音业务技术要求、测试规范的撰写,推动产业落地实施。

已经上升到国家战略的5G将给用户带来什么呢?作为终端厂商,这也是OPPO最关心的话题。更高速率、更低时延、更大容量的5G连接将对手机这种超级终端在应用层面进行深度挖掘。OPPO用三个“泛在”给出了他们对于5G时代终端的理解。“5G具有高速率(增强型移动宽带,eMBB)、大容量(大规模机器通信,mMTC)、低时延(高可靠低时延通信,URLLC)的特性。可以在eMBB实现泛在现实,在mMTC场景下实现远程医疗、智能家居等泛在感知,在URLLC场景下实现自动驾驶、云学习等泛在控制。”

随着5G标准在eMBB能力上的率先成熟,OPPO将探索5G网络技术和其他新型影像、传感器技术的融合,并结合对用户需求的精准洞察,实现泛在现实(Ubiquitous Reality)的核心应用场景,包括远程虚拟现实(Virtual Reality,VR)、远程增强现实(Augmented Reality,AR)以及远程联合现实(Joint Reality,JR),充分利用5G高度率和低延时特性支持终端和终端,以及终端和云端视觉内容的实时合成。

那么,5G又将给手机产业带来什么?也许它将重塑手机产业的竞争格局,如果还是拘泥于现在的手机形态,恐怕很难赢在5G,必然要提前布局。OPPO对此的判断是,泛在现实Ubiquitous Reality(UR)将成为5G eMBB的核心应用之一,而人们现在所能感知的AR/VR还远没有达到泛在现实的标准,但3D视频在5G网络上的实时传输却让这一切成为可能。“网络能力提升与终端侧创新总是交替领先、互相激励,最终相辅相成。5G eMBB的率先成熟,将呼唤新一波手机技术创新的爆发。OPPO始终致力于未来的5G研发,现在URLLC、5GmMTC的标准化还在路上,OPPO面向2022-2025年的eMBB增强技术(5.5G)将同时投入研发。”唐海说。

3D结构光技术为5G应用插上翅膀

除了5G,3D结构光是OPPO这次演示的另外一个关键词。首先,我们需要了解一下3D结构光的工作原理。3D结构光功能是通过多个复杂的传感器相互配合而实现的,通过固定的发光源发射光线,投射到物体表面,而后由采集设备收集物体表面反射呈现出来的反射映象,再通过采集设备上的算法运行分析出该物体在3D环境中呈现的反射效果,分析它的景深信息,并进行3D结构构造。3D结构光可以形成立体面部图像,从而实现安全度极高的面部识别解锁、支付等功能。

据OPPO研究院软件研究中心总监陈岩介绍,3D结构光主要存在三大项技术。“第一项是结构散斑技术,它的技术原理是通过一个多点激光发射源,通过DOE准值将激光发射源打散,形成多个散光光点形成形变;第二项是结构编码,也是通过激光源发射,但是通过一层Mast,形成不同的明暗相接的条纹,通过打在物体表面反射的条纹的变化来分析这个物体的距离与它的形状;第三种解决方案就是相移条纹,跟第二种方案有相似性,但也有不同,它的解决方案是通过投射明暗条纹,形成一定角度的形变来做的多帧分析合成。”

你不了解的3D结构光 将在5G应用中扮演什么样的角色?

OPPO研究院软件研究中心总监陈岩

如此复杂的技术使得3D结构光与传统的单摄摄像头和双摄摄像头相比自然有其过人之处。3D结构光可以实现毫米级别的景深信息检测,在暗光场景下,其优势更加凸显,高精度的3D点云数据作为3D重建的基础,可以提供上万个点与数据。“举个例子,好莱坞大片,很多影片中的人物做的动作都是通过传感器的点进行收集,最后形成人的肢体、面部的点的信息,从而重新构建出一个3D的形象。3D结构光可以提供上万个点与数据,能够满足人们对3D重建的需求。”陈岩说。

再先进的技术最终都是为了服务最终用户的使用,3D结构光到底能给终端用户带来什么呢?苹果公司在iPhone X上已经进行了实践,3D人脸安全支付。基于深度学习的人脸智能识别算法能快速从输入的人脸红外特征信息与深度信息中提取个人的安全识别特征,安全特征具有10000+维度信息,保证达到百万分之一的精度,算法将此安全信息与录入时安全信息进行匹配决定是否安全认证通过。OPPO通过人脸识别、活体检测以及视线检测三项指标来完成3D人脸安全支付的解锁功能,现场试验证明,任何一项检测通不过,都会导致解锁失败。

3D人像重建技术的一个重要应用就是3D美颜,2D美颜的精度可以做到面部296个采集点,3D技术可以做到几千甚至上万点的特征点提取。通过结构光深度相机将3D人像还原出来,然后基于高精度的3D人脸信息进行更细致的磨皮、美白、大眼、瘦脸处理,使得人像更加立体自然。3D光效技术,可以让用户3D建模之后的人脸特征呈现在各种环境光的环境下,呈现出真实场景的样子,甚至可以提供类似于电影大片或是摄影棚的摄影效果,达到专业级的摄影水平。

3D人像重建可以实现3D视频通话。“这是3D技术与5G技术的完美结合。”陈岩说。同时,3D结构光技术在AR和游戏领域也是大有可为。“3D AR 通过精确的结构光双摄相机拍摄的三维信息,可以实现精确的AR贴纸与微表情效果。3D AR游戏,利用结构光对周围的环境进行精确3D建模,将模型实时导入游戏中,实现虚拟与现实三维世界的紧密融合,实现逼真的三维效果。”陈岩说。

OPPO在3D结构光上的技术实现自然离不开合作伙伴的支持,但陈岩表示此时还不方便讲透露合作伙伴的情况。“3D结构光的确是一项非常复杂的技术,OPPO跟业内非常领先的厂家展开合作,OPPO在激光发射器、高精度的深度识别等多方面,都与很多产业内优秀的合作伙伴一起开发。”谈及知识产权,陈岩的回答也颇有底气,“OPPO的合作伙伴拥有很多3D结构光的核心专利,我们就这项技术的共同研发都是达成共识的。”

OPPO研究院硬件研究中心总监白剑作为当天的“爆料”担当,最后一个出场。“第一个要爆料的就是5G最核心的高速、高带宽、高吞吐率演示,挑战最高160Mbps的上行速率和1.4Gbps的下载速率。第二个演示是OPPO 3D生物识别,这项技术OPPO现在已经具备量产的条件,OPPO将在6个月内正式商用该技术,第三个演示是3D视频通话中的一些基础技术, 诸如3D动态建模,3D静态建模要等待一段时间,但动态是实时进行3D动态建模。这几个场景组合起来,加上5G的高速、高带宽,高吞吐量的优势会实现未来无限的应用场景。”

你不了解的3D结构光 将在5G应用中扮演什么样的角色?

OPPO研究院硬件研究中心总监白剑

近日,极光大数据发布的报告显示,今年第一季度,华为和OPPO的市场占有率均超过了苹果,分列第一、第二位。另一家市场研究机构赛诺近日发布的2018年第一季度中国智能手机市场报告称,从销量上来看,OPPO、vivo、苹果、华为和荣耀位列前五名。已经在用户心中立稳脚跟的OPPO同时也是高通牵头5G领航计划的参与者,插上3D结构光翅膀的OPPO必然要在5G时代展翅高飞。

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