关于苹果产品，你所不知道的黑科技：激光应用

激光属于一种特殊光线，它由具备相同波长、具备一致相干性与相位的光子所构成的光束组成。激光具备色调纯、指向性强、发光强度大、具备良好相干性等优势，因此在学术探索、工业制造、医疗保健、国防等众多领域获得了普遍应用。激光技术的运用领域极为宽广，涵盖激光处理、激光检测、激光传输、激光诊疗等。

近些年，个人用便携电子设备在体积小巧和用途广泛方面有了飞速进步。由于集成电路技术的昌盛，个人用便携电子设备可以在平板电脑和智能手机里装载众多感应装置，诸如触控面板、影像单元、电子罗盘、全球定位系统接收器等。现在激光测距技术已经用于自动驾驶等行业，不过此前没有任何移动设备使用这项功能，直到苹果在2017年推出带有立体面容识别功能的iPhoneX，又在2020年推出装有激光探测仪的iPhone 12 Pro和iPad Pro，这些产品问世后，被许多人看作是近些年具有突破性的科技进展。激光在苹果设备上的运用，主要体现在前置的人脸识别功能，以及后置的激光测距设备。

01 前置面容ID

面部识别是一种极其可靠的个人验证方法，它借助个人面部数字档案来开启设备、完成Apple Pay交易、在应用商店确认会员资格，还能生成一个与用户面部特征关联的动态表情符号。苹果公司表示，该识别系统能自动调整以适应用户外貌的细微变化，例如化妆或留胡子等情况开元ky888棋牌官方版，即便在光线不足的环境下也能保持正常运作。

这一成果主要归功于常被提及的位于屏幕顶部凹口处的深度感知影像装置，该装置的核心部件包括一个广域光源、一个矩阵式投射单元以及一个红外感应镜头。当进行面部识别操作时，广域光源会向使用者面部投射红外线，红外感应镜头借此获取二维轮廓信息开yun体育官网入口登录app，借此判定使用者的眼部是否处于张开状态，并且视线是否集中在显示面板上。一旦侦测到人的面部，点阵投影设备就会朝向人的面部发出超过三万颗有次序的红外光点，这些光点的布局会被红外摄影设备捕捉，并用来塑造出独一无二的三维面部形象。接着，通过将二维图像与三维造型进行比对分析，就能获取精确的面部数据。苹果的最新系统里，用户戴了口罩也能用面容ID，这种功能是通过辨认用户眼周部位实现的，而不是整个脸。

深度感知相机系统运用的是一种名为结构光投射的三维距离测量方法，它依靠特定光源向场景物体表面发射预设的光点图形，接着采集平面图像并研究物体表面光点图形产生的变化，进而形成它们的空间形态。该技术具备极高精确度，能够实现小于一毫米的解析力；不过因为运算过程繁复，导致测量过程耗时较长。

图1  原深感摄像头系统

（图源：36氪）

02 后置激光雷达扫描仪

激光雷达扫描仪和前置面容识别技术不一样，它采用的是脉冲式三维测距方法。激光雷达扫描仪运作时，VCSEL激光器会向周围环境发射红外光点阵列，这个阵列由九宫格构成，每个宫格里面包含64个点，具体是8行8列排列的。反射的激光被近红外图像传感器接收，传感器据此测算激光在物体与设备之间往返所需时间，通过这个时间数据可以推算出距离。激光雷达扫描仪的最大测量距离为5米，其极限测量精度达到1厘米。这种扫描仪最初设计是为了提升照片拍摄时的对焦效率，以及实现背景的虚化处理，特别是在光线不足的环境下进行人像拍摄时效果更佳。传闻顶级版苹果手机聚焦效率，远超采用双目视觉三维测距普通机型，前者速度是后者的六倍有余，双目视觉技术需同步捕捉同一场景两个平面影像，依据相机间固定距离推算距离，此法与生物体感知环境物象远近层次原理相通。

图2  激光雷达扫描仪示意图

(图源： 本文作者)

后置激光雷达扫描仪另有哪些用途？在日常生活中，它能够用于开发精密的增强现实项目，例如在任何地点都可以体验投掷保龄球的游戏。缺乏精确距离数据，无法准确判定人物相互间的空间联系，难以将球体置于恰当中心，由此造成视觉错位的异常情形；借助激光测距设备，虚拟场景中的三维物体能够依据距离资料与地面、桌面等基面建立对应，同时审视整个观察区域内的空间布局，实时变更物体明暗效果，从而提升模拟感受的真实性。使用距离测量功能时，准星会自动沿着目标轮廓显示辅助线，有助于更准确地确定距离数值。此外，苹果公司还为线形测量配备了一个尺子，并且用细小的标记来表现分度。同时，激光探测设备也能辅助进行家庭规划和布置，通过在显示界面拖动调整，即可实现理想的设计方案。

图3  激光测距

(图源： 视觉中国)

激光雷达扫描设备也能服务于学术探索，例如测量丹麦的崖壁并构建三维模型，探查建筑外围的紧急通道和名胜古迹的内部布局，复原交通事故的现场状况，评估森林的各项指标开yun体育app入口登录，测算积雪的厚度。随着配套建模技术的完善，此类扫描设备将在更多学术研究领域得到应用。

图4  激光扫描仪用于3维建模

(图源： 视觉中国)