揭秘新一代 iPhone12 手机“ 黑科技 ”

北京时间10月14日凌晨1点，2020年苹果公司秋季发布会如期而至，全新一代iPhone 12亮相。与基本机型相比，iPhone 12 Pro和iPhone 12 Pro Max的后置摄像头除了多一枚长焦镜头外，还增加了一颗LiDAR——激光雷达扫描仪。

在这块圆形黑色区域之下，LiDAR主要由两部分组成：发射端和接收端。垂直腔面发射激光器（VCSEL）作为发射端，向物体发射一束红外光，经反射被手机CMOS图像传感器接收，光束经历的这一段时间被称为飞行时间（ToF）。

飞行时间又分为直接飞行时间（dToF）和间接飞行时间（iToF）。前者向目标发射一个光脉冲信号，直接测量光子从出发到返回的用时；后者发射一连串经过调制的光波，通过检测来回光波间的相位差测量飞行时间。

在光速恒定的情况下，通过简单计算就能得到与目标物体之间的距离。这样的测距原理与雷达类似，不过LiDAR基于的是脉冲激光，比雷达利用的无线电波波长更短、频率更高，可以得到分辨率更高的图像，精度可达厘米甚至毫米级别。

因此，LiDAR也被应用在地图测绘、自动驾驶驶、文物保护等领域。实际上，这不是苹果公司第一次在其产品里引入激光雷达。早在今年3月，2020款iPad Pro就配备了LiDAR扫描功能，采用了直接飞行时间技术，相比间接飞行时间技术，功耗较低且不易受环境光的干扰，可以做到大范围测量。

使用时，发射器投射出“9×64”矩阵光束，捕捉并绘制最远5米范围内的位置深度图。一张出色的浅景深照片是通过调大相机光圈并对焦在距离相机较近的地方实现的。今天，借助多个摄像头和机器学习算法的帮助，手机也能轻而易举地拍出这种背景虚化的效果。

神经网络和机器学习技术，可以让手机知道使用者在拍什么，以及目标距离使用者有多远。对于普通人来说，从一张照片中判断物体层次和远近关系是一件非常容易的事，但对于机器则需要通过大量资源学习，才能准确辨别颜色分布、明暗程度和物体尺寸。

LiDAR技术能捕捉更精准的深度信息，以便于让iPhone手机理解物体之间的前后关系，通过算法绘制出一张空间位图，并将照片做切片处理。iPhone手机会在几纳秒内根据深度信息图将照片切分成多份，距离越远的图层，模糊程度越高，制作出一张“以假乱真”的浅景深人像照片。

同时在低光照条件下，LiDAR技术使得iPhone手机的对焦速度也将大幅提升，并且可以在黑暗中准确找到画面中的人物。当然，LiDAR技术对iPhone12Pro拍照提升的具体效果，还得看实拍测试。

你可能想到手机前置的Face ID也能构建3D图像，它与LiDAR有什么区别？从红外摄像机拍摄到的光斑可以看出，Face ID的结构光传感器通过点阵投影发射出超过3万个不可见的光斑，利用扭曲建模制作出一张准确的面部深度图，从而将2D的图像转换为带有深度信息的3D图像。但受距离所限，Face ID只能进行小范围的3D绘制，比如用于人脸识别。

而LiDAR的光斑较大且疏，更适合用来对整个房间进行扫描和建模。LiDAR能让你的iphone手机在AR应用中获得更好的体验，在家里放一把椅子，它比你的眼睛更精准地知道椅子离地面多远、离墙壁多远。椅子嵌进墙或是立在墙面的画面，再也不会出现了。