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文/徐丹 編輯/四月
來(lái)源：機(jī)器之能（ID:almosthuman2017）
一般情況下，激光雷達(dá)主要用于測(cè)繪學(xué)、遙感、機(jī)器人視覺(jué)、無(wú)人駕駛等需要精密測(cè)量的領(lǐng)域，同時(shí)也是美國(guó)航空航天局火星測(cè)繪的選定技術(shù)。
沒(méi)有料到的是，它進(jìn)入大眾視野竟然是在 iPad Pro 上，蘋果將這一高精尖半導(dǎo)體技術(shù)大規(guī)模商用，同時(shí)將其縮減到如此小的體積，并引入一款成熟數(shù)碼產(chǎn)品中，足以見(jiàn)其在精密儀器領(lǐng)域的技術(shù)儲(chǔ)備和工藝保障。
在測(cè)量方式上，iPad Pro 采用了直接飛行時(shí)間 dToF（Direct-ToF），需要高精密時(shí)鐘進(jìn)行從測(cè)量且需要產(chǎn)生短時(shí)間、高頻率、高強(qiáng)度的激光，對(duì)硬件要求比較高。相應(yīng)地，ToF 的硬件要求較低，所以目前大多廠商在紅外 ToF 里大多采用后者，比如華為 Mate、OPPO 等。
未來(lái)，紅外 ToF 將逐步向激光雷達(dá)過(guò)渡，而這個(gè)開(kāi)頭由蘋果開(kāi)始。
3 月 18 日晚，蘋果官方悄悄上新了 iPad Pro、MacBook Air 和 Mac mini 等數(shù)款新品。
其中新款 iPad Pro 已經(jīng)在天貓 Apple Store 官方旗艦店開(kāi)啟預(yù)熱，6299 元起售，并參與 12 期分期免息。時(shí)隔近兩年，iPad Pro 系列終于迎來(lái)更新。
新版 iPad Pro 將運(yùn)行 iPadOS 13 系統(tǒng)，配備 A12Z 仿生芯片和 8 核圖片處理器，并且針對(duì)散熱架構(gòu)和性能控制進(jìn)行了加強(qiáng)，支持大型游戲、3D 設(shè)計(jì)和 4k 視頻剪輯。
同 iPad Pro 一起發(fā)布的還有 Magic Keyboard 鍵盤，以標(biāo)準(zhǔn)的 1mm 間隙設(shè)計(jì)，帶有觸控板和夜間反光功能，并采用懸浮式設(shè)計(jì)，可以支撐屏幕，加強(qiáng)了辦公屬性。
最惹眼的變化還是身后的“浴霸雙攝”，包括可以同時(shí)運(yùn)行的 1200 萬(wàn)像素廣角攝像頭和 1200 萬(wàn)像素超廣角攝像頭。
不管是功能設(shè)計(jì)還是海報(bào)，iPad Pro 都印證了那句產(chǎn)品標(biāo)語(yǔ)“代替筆記本電腦”。
然而，此次 iPad Pro 最大的變革并不僅僅在于硬件升級(jí)或者像素提升，而是攝像頭旁搭載的那顆激光雷達(dá)。
這個(gè)原本用于航天、測(cè)繪、自動(dòng)駕駛的高精尖技術(shù)如今“下凡”到了 iPad Pro 上，真正推動(dòng)了 AR 技術(shù)的落地。
一
和 Google Pixel
華為 Mate、OPPO 都不一樣
iPad Pro 上所搭載的激光雷達(dá)（Light Detection And Ranging）屬于 3D 感知技術(shù)的一種，它與之前在 Google Pixel4 上搭載的用于手勢(shì)識(shí)別的毫米波雷達(dá)（millimeter wave radar）和目前 OPPO、華為等應(yīng)用在手機(jī)攝像中的 ToF 技術(shù)都不同。
雖然三者都屬于雷達(dá)技術(shù)，以飛行時(shí)間距離（Time of Flight，飛行時(shí)間）捕捉 3D 圖像。主要原理是利用雷達(dá)發(fā)射光波，光波遇到不可穿透物體會(huì)發(fā)生反射，通過(guò)記錄反射光到達(dá)接收器的時(shí)間，便能快速計(jì)算出光源與物體的距離，由此便得到一張被測(cè)物體的 3D 圖像。
雷達(dá)技術(shù)具有抗干擾性強(qiáng)、FPS 刷新率高的特點(diǎn)，所以多被應(yīng)用在動(dòng)態(tài)動(dòng)作捕捉。
但是，不同的雷達(dá)發(fā)射的光波都不一樣，從 毫米波雷達(dá) 到 相機(jī) ToF 再到 激光雷達(dá)，光源波長(zhǎng)正在變得越來(lái)越短，頻率越來(lái)越高。根據(jù)雷達(dá)原理，頻率越高，分辨率就越高，雷達(dá)圖像也就越清晰。
毫米波雷達(dá)的光源波長(zhǎng)最長(zhǎng)，接收到的 3D 圖像也最模糊，在實(shí)際應(yīng)用中，Google Pixel4 也僅能支持簡(jiǎn)單的手勢(shì)識(shí)別。
手機(jī)通常采用的 ToF 技術(shù)選用的雷達(dá)波長(zhǎng)比毫米波雷達(dá)更短，但發(fā)射的也屬于紅外面光源，接收到的是深度平面信息，成像精度雖有提升，但仍然無(wú)法捕捉高精度動(dòng) 3D 圖像，實(shí)際應(yīng)用有限。
以華為 mate30 為例，這款手機(jī)前后攝像頭都搭載了 ToF 技術(shù)，目前可支持的是 AI 凌空操作，比如凌空截取圖片、上下?lián)]手瀏覽頁(yè)面等，AR 技術(shù)的運(yùn)用并不成熟。
華為 mate30 手勢(shì)感應(yīng)
此次 iPad Pro 選用的激光雷達(dá)是可以說(shuō)升級(jí)版的手機(jī) ToF 技術(shù)。特制的激光雷達(dá)發(fā)射的是脈沖紅外激光，接收單點(diǎn)位置，形成點(diǎn)云圖后再變成三維模型，精度非常高。
和傳統(tǒng)的雷達(dá)一樣，為了利用光的飛行時(shí)間（Time of Flight，ToF）測(cè)距，激光雷達(dá)發(fā)射的光波也存在兩種調(diào)制方式：脈沖調(diào)制和連續(xù)波調(diào)制。
對(duì)應(yīng)的兩種測(cè)量方式分別是直接飛行時(shí)間（Direct-ToF）和間接飛行測(cè)量（Indirect-ToF）。
由于 dToF 需要高精密時(shí)鐘進(jìn)行從測(cè)量且需要產(chǎn)生短時(shí)間、高頻率、高強(qiáng)度的激光，所以對(duì)硬件要求比較高。對(duì)應(yīng)地，ToF 的硬件要求較低，所以目前大多廠商在紅外 ToF 里大多采用后者，未來(lái)，紅外 ToF 將逐步向激光雷達(dá)過(guò)渡，而這個(gè)開(kāi)頭由蘋果開(kāi)始。
目前，激光雷達(dá)主要用于測(cè)繪學(xué)、遙感、機(jī)器人視覺(jué)、無(wú)人駕駛等領(lǐng)域，也是美國(guó)航空航天局火星測(cè)繪的選定技術(shù)。
沒(méi)有料到的是，它進(jìn)入大眾視野竟然是在 iPad Pro 上，蘋果將這一高精尖半導(dǎo)體技術(shù)大規(guī)模商用，同時(shí)將其縮減到如此小的體積，并引入一款成熟數(shù)碼產(chǎn)品中，足以見(jiàn)其在精密儀器領(lǐng)域的技術(shù)儲(chǔ)備和工藝保障。
二
高精尖技術(shù)下凡，為什么是蘋果？
從應(yīng)用效果看，iPad Pro 搭載激光雷達(dá)后可真正支持 AR 技術(shù)的落地。蘋果給出了三個(gè)典型場(chǎng)景：AR 量身高、AR 游戲和宜家的 AR 家庭裝修。
比如 iPad Pro 的激光雷達(dá)掃描儀可以把客廳變成一個(gè)現(xiàn)實(shí)增強(qiáng) (AR) 版的《熾熱熔巖 (Hot Lava)》，這是一款電子游戲，其根據(jù)兒童的娛樂(lè)活動(dòng)設(shè)計(jì)而出，玩具可以跳到家具上以此來(lái)避開(kāi)模擬中的地板熔巖。
此外，通過(guò)調(diào)用 CAD 應(yīng)用 Shapr3D，iPad Pro 的激光雷達(dá)可以掃描房間創(chuàng)建該房間的 3D 模型，然后用戶可以對(duì)該模型展開(kāi)編輯、將新對(duì)象添加到房間中并使用 AR 查看實(shí)際房間中添加的對(duì)象。
而解剖學(xué)應(yīng)用 Complete anatomy，通過(guò)使用激光雷達(dá)掃描儀實(shí)時(shí)測(cè)量出某人手臂的運(yùn)動(dòng)范圍。宜家 Place 應(yīng)用也可以通過(guò)蘋果的這項(xiàng)功能掃描一個(gè)房間然后獲得與之匹配的家具推薦，用戶可以在 AR 中查看擺上去的效果。
率先將 ToF 技術(shù)應(yīng)用在手機(jī)相機(jī)技術(shù)中的是國(guó)內(nèi)的廠商，但真正將其升級(jí)，并達(dá)到更好優(yōu)良 AR 體驗(yàn)的為什么還是蘋果？
蘋果與激光雷達(dá)的淵源從它入局自動(dòng)駕駛領(lǐng)域時(shí)就已經(jīng)開(kāi)始。
早在 2014 年，蘋果便以重資產(chǎn)模式入局造車，推出“泰坦計(jì)劃”，計(jì)劃復(fù)刻 iPhone 的成功，從零開(kāi)始打造一款顛覆汽車行業(yè)的產(chǎn)品，并為此頻繁挖角電動(dòng)車領(lǐng)域技術(shù)工程師。但因?yàn)槿狈ο嚓P(guān)經(jīng)驗(yàn)，蘋果在這條賽道上走得磕磕絆絆，戰(zhàn)略目標(biāo)由整車制造變?yōu)樽詣?dòng)駕駛技術(shù)研究，后又調(diào)整到駕駛輔助技術(shù)研究。
到 2019 年，蘋果的駕駛輔助技術(shù)研究有了一定突破。當(dāng)時(shí)的外媒報(bào)道，蘋果正準(zhǔn)備設(shè)計(jì)一款能建立起道路三維遠(yuǎn)景圖的的激光雷達(dá)傳感器，若設(shè)計(jì)成功，這將為自動(dòng)駕駛提供更安全且全方位的保障。目前，蘋果已經(jīng)與至少四家公司進(jìn)行了談判，意在尋找比目前技術(shù)所能實(shí)現(xiàn)的更小型、更便宜、更易量產(chǎn)的激光雷達(dá)設(shè)備。
同年，蘋果還收購(gòu)前百度首席科學(xué)家吳恩達(dá)團(tuán)隊(duì)的自動(dòng)駕駛公司 Drive.ai，該公司的主要發(fā)力點(diǎn)是自動(dòng)駕駛后裝市場(chǎng)，通過(guò)提供激光雷達(dá)等硬件套件，將車輛改裝為自動(dòng)駕駛汽車。
雖然自動(dòng)駕駛領(lǐng)域的研究成果一直尚未落地，但這方面的研究一定程度上有利于蘋果在激光雷達(dá)上的技術(shù)創(chuàng)新和供應(yīng)鏈積累。
值得注意的是，蘋果并未將已有的激光雷達(dá)技術(shù)在自動(dòng)駕駛方向死磕，早在 2018 年，蘋果就申請(qǐng)了相關(guān)專利，意在將這項(xiàng)高精尖技術(shù)融入日常使用的電子設(shè)備中。
2018 年年初，一家名為 TriLumina 的公司開(kāi)發(fā)出了 VCSEL 技術(shù)，VCSEL 是 vertical-cavity surface-emitting laser 的縮寫，是指垂直腔面發(fā)射激光器。這種發(fā)射器生產(chǎn)成本較低、光束質(zhì)量更高，輸出功率較低，可應(yīng)用在激光雷達(dá)上。
當(dāng)大多數(shù)人認(rèn)為，激光雷達(dá)系統(tǒng)僅與自動(dòng)駕駛汽車和景觀測(cè)繪有關(guān)時(shí)，TriLumina 提出，當(dāng)激光雷達(dá)和 VSCEL 相結(jié)合，便可以應(yīng)用于混合現(xiàn)實(shí)耳機(jī)、ToF 攝像頭和 AR 等新產(chǎn)品上。
蘋果的專利主題就是激光雷達(dá)與 VCSEL 技術(shù)相結(jié)合，專注于改進(jìn)激光雷達(dá)傳感器及其使用方法。
蘋果專利圖解
在蘋果申請(qǐng)專利的具體案例中，目標(biāo)場(chǎng)景被一束或多束光所照亮和掃描。在本發(fā)明使用多光束的案例中，這些光束是利用衍射光學(xué)元件（DOE）、棱鏡、分束器或該領(lǐng)域中已知的其他光學(xué)元件來(lái)分裂光束，從而形成多光束。其他案例的多光束通常是利用多個(gè)分立激光光源產(chǎn)生。本發(fā)明案例中，多光束由如 VCSEL 或 VCSEL 陣列等單片激光陣列所產(chǎn)生。
這個(gè)專利技術(shù)很大程度上幫助了今天搭載激光雷達(dá)的 iPad Pro 產(chǎn)品的誕生。
三
壓寶 iPad Pro，蘋果意欲何為？
當(dāng)國(guó)內(nèi)的手機(jī)廠商將 ToF 技術(shù)用于手機(jī)上時(shí)，圍繞 AR 應(yīng)用場(chǎng)景的技術(shù)競(jìng)爭(zhēng)就已經(jīng)開(kāi)始。
當(dāng)智能設(shè)備外觀創(chuàng)新、硬件升級(jí)等都到達(dá)瓶頸期，下一波移動(dòng)終端或許將是圍繞 AR 進(jìn)行革命性創(chuàng)新。
數(shù)據(jù)顯示，經(jīng)過(guò)幾年的發(fā)展，AR 市場(chǎng)有望在近年迎來(lái)一次大爆發(fā)。
根據(jù) IDC 預(yù)計(jì)，未來(lái)隨著 AR 技術(shù)的成熟，AR 產(chǎn)品單價(jià)的下降，AR 市場(chǎng)將會(huì)迎來(lái)新的爆發(fā)，未來(lái)全球 AR 市場(chǎng)將以超過(guò) 69% 的年均復(fù)合增速增長(zhǎng)，到 2024 年，全球增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)行業(yè)市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到 2872 億元。5G 技術(shù)的應(yīng)用也可能會(huì)讓爆發(fā)節(jié)點(diǎn)提前來(lái)到。
AR 一直是蘋果業(yè)務(wù)中的重點(diǎn)。
從 2020Q1 財(cái)報(bào)看，蘋果在業(yè)務(wù)分布上有“去 iPhone 化”趨勢(shì)，雖然 iPhone 11 的銷售數(shù)據(jù)不錯(cuò)，但 iPhone 占收入比重低達(dá)占 60.94%，是近 10 年來(lái) Q1 記錄里的新低，新的增長(zhǎng)引擎就是可穿戴設(shè)備和智能配件?；诖丝紤]，蘋果未來(lái)可能會(huì)加大在 AR 方面的投入和布局。
當(dāng)然，競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手們也都沒(méi)有閑著，這幾年，F(xiàn)acebook、微軟、索尼等巨頭公司都在布局 AR 市場(chǎng)，華為和 OPPO 將 ToF 技術(shù)用在攝像中可能也不僅僅只想讓它局限在“食之無(wú)味，棄之可惜”的隔空手勢(shì)感應(yīng)方面，華為在早期對(duì) ToF 的介紹中就對(duì)它在 AR 方面的應(yīng)用寄予厚望，只是限于技術(shù)瓶頸并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)。
在這種情況下，誰(shuí)先將 AR 推入千家萬(wàn)戶，建立用戶認(rèn)知，誰(shuí)就能率先搶占市場(chǎng)。所以，蘋果選擇了 iPad Pro。
以往蘋果在 AR 方向的投入主要是 AR 眼鏡、iwatch 等，這些設(shè)備的應(yīng)用場(chǎng)景大多局限在技術(shù)發(fā)燒友中，很難普及到千家萬(wàn)戶。而 iPad 系列產(chǎn)品則是針對(duì)用戶休閑需求開(kāi)發(fā)，應(yīng)用場(chǎng)景廣泛且屏幕大，游戲和影視體驗(yàn)都比 iPhone 更好，是搭載 VR 技術(shù)的絕佳載體。
而在 iPad 系列產(chǎn)品中，iPad Pro 更加強(qiáng)調(diào)專業(yè)性，功能定位于喜愛(ài)電子產(chǎn)品，追求高性能或有職業(yè)需求的人群，這類人群會(huì)更容易接受新技術(shù)。再加上 Pro 系列已有兩年未更新，成了一個(gè)雞肋的存在，AR 會(huì)是挽救它的一個(gè)重要武器。
在看蘋果在 AR 市場(chǎng)布局，雷達(dá)掃描儀構(gòu)建了技術(shù)護(hù)城河，價(jià)格適中的 iPad Pro 將 VR 推向千家萬(wàn)戶，很容易引導(dǎo)公眾習(xí)慣，讓用戶喜歡上蘋果 AR 軟件。以 iPad Pro 為契機(jī)，該技術(shù)后續(xù)可能會(huì)逐漸拓展至 iPhone 上，并給自家 AR 眼鏡積累軟件和用戶。
四
蘋果的出現(xiàn)對(duì)激光雷達(dá)市場(chǎng)意味著什么？
除了推動(dòng) AR 技術(shù)的成熟，iPad Pro 的出現(xiàn)對(duì)整個(gè)激光雷達(dá)市場(chǎng)都有革命性的影響。
直到今天，激光雷達(dá)技術(shù)一直都局限在自動(dòng)駕駛汽車、環(huán)保、氣象、生態(tài)、農(nóng)業(yè)、海洋和測(cè)繪等領(lǐng)域，商用的情況非常少，市場(chǎng)一直處在緩慢增長(zhǎng)的形勢(shì)中。2017-2022 年間全球激光雷達(dá)行業(yè)規(guī)模復(fù)合增速 25.8%，到 2022 年全球激光雷達(dá)市場(chǎng)規(guī)模超 52 億美元。
市場(chǎng)規(guī)模不大，激光雷達(dá)技術(shù)創(chuàng)新也有限，目前為止能實(shí)現(xiàn)量產(chǎn)的公司非常少。以自動(dòng)駕駛領(lǐng)域看，據(jù)前瞻經(jīng)濟(jì)學(xué)人預(yù)測(cè)：
按 2020 年汽車年銷量 1 億臺(tái)，每臺(tái)低配（4 線或更低）激光雷達(dá)價(jià)格 150 美元、每套系統(tǒng)使用一個(gè)激光雷達(dá)計(jì)算，市場(chǎng)缺口達(dá) 13.5 億美元，在中短期內(nèi)激光雷達(dá)產(chǎn)量將決定市場(chǎng)空間。
iPad Pro 將激光雷達(dá)商用以后，以每年巨大的銷量，必將迅速催熟整個(gè)產(chǎn)業(yè)鏈條，刺激消費(fèi)和生產(chǎn)，促進(jìn)激光雷達(dá)技術(shù)的普及。無(wú)論如何，iPad Pro 的出現(xiàn)，說(shuō)明 AR 時(shí)代真的不遠(yuǎn)了。
二十世紀(jì)影業(yè)這個(gè)名字背后，是一個(gè)越來(lái)越難以撼動(dòng)的霸主迪士尼，是它越來(lái)越模式化的內(nèi)容戰(zhàn)略，也是一整個(gè)行業(yè)投向流媒體的大趨勢(shì)。詳細(xì)
