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出品| 虎嗅 Pro 撰文| Odin 封面來自蘋果 －－－－－－－－－－－－－－－－－－ 早前，蘋果推出了新一代的 iPad Pro，引入了全新的 DTOF 激光雷達(dá)系統(tǒng)，通過相機(jī)感知四周環(huán)境，然后在系統(tǒng)里重構(gòu)四周環(huán)境的立體模型，藉此讓虛擬世界的影像，能與現(xiàn)實(shí)世界互動(dòng)（下圖）。蘋果的新一代 iPad Pro，被視為蘋果對(duì)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)的一次重大戰(zhàn)略舉措，因而引起了極大的關(guān)注。 圖片來源：Apple。 但是，究竟什么是激光雷達(dá)？什么是 DTOF？為什么激光雷達(dá) (LiDAR) 就能重四周的立體影像，實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)實(shí)境？而蘋果這次引入激光雷達(dá)，為什么會(huì)引起巨大的回響？現(xiàn)在就讓 Odin 為大家介紹激光雷達(dá)的操作，以及它可能會(huì)為科技界帶來甚么影響。 計(jì)算機(jī)是如何感知環(huán)境的？ 電腦、手機(jī)或是平板通過攝影機(jī)和電腦，代替人眼對(duì)目標(biāo)進(jìn)行辨識(shí)、跟蹤和測量等機(jī)器視覺，并進(jìn)一步做圖像處理，我們會(huì)稱之為“計(jì)算機(jī)視覺” (Computer Vision)。而 iPad Pro 的激光雷達(dá)，也屬于計(jì)算機(jī)視覺技術(shù)的范疇，他的運(yùn)作流程如下：
iPad Pro 采用的激光雷達(dá)，就是“環(huán)境感知”的部份：但為什么我要用激光來進(jìn)行環(huán)境感知，而不是用一般相機(jī)來處理呢？這是由于但我們身處真實(shí)的立體世界，是一個(gè)三維度（長度、高度、深度）空間，但電腦通過相機(jī)記錄的影像，卻只能記錄兩個(gè)維度（長度、高度）的空間信息， 圖片修改自 blend4web。 以上圖為例，左圖由一般相機(jī)生成的畫面，是無法顯示小桌到窗邊的深度信息。所以，一般相機(jī)拍下的影像，缺乏最重要的深度信息，因而無法重現(xiàn)三維的立體環(huán)境。所以，如何獲取深度信息，向來也是是計(jì)算機(jī)視覺的一個(gè)重要議題。 目前電腦有很多不同種類的深度感知手段，但總體而言，我們可以通過“感知媒介”／“感知算法”兩個(gè)層面來分析（上圖）。 首先，我們可以通過發(fā)射不同的電波作為媒介來感知四周環(huán)境。我們可以通過主動(dòng)發(fā)射紅外光 (Infra-red, IR)、毫光波 (mmWave) 雷達(dá)、激光雷達(dá) (LiDAR) 等等的媒介來測距，這種做有源感知。但有些設(shè)備有些設(shè)備（例如大疆無人機(jī)），不會(huì)主動(dòng)發(fā)射任何電波，反而采用一般相機(jī)接收外界的可見光源，再通過復(fù)雜的三角函數(shù)算法來計(jì)算深度信息，我們稱之為“無源感知”。 但我們通過不同媒體感知四周環(huán)境，還需要通過不同的算法，把測量到的環(huán)境信息，轉(zhuǎn)化為深度信息。環(huán)境感知算法主要有 ToF、三角測量法、視覺里程計(jì)等。即使同樣是用紅外作為感知手段，我們也可以用不同的算法計(jì)算，例如你可以用紅外光搭配 ToF 算法（例如相機(jī)的紅外對(duì)焦），也可以通過把紅外光編為結(jié)構(gòu)光陣列，再用三角函數(shù)計(jì)算陣列畸變來得出深度信息。 那 iPad 的激光雷達(dá)算是哪一種？就是以“激光”為測量媒介、以“ToF”作為算法的手段。 |
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