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从5G和3D结构光,看OPPO技术驱动引擎如何加速度

2018-05-18 14:03:10来源:

文 文 | 壹观察 宿艺

《头号玩家》是斯皮尔伯格导演的2018年度大片,故事设定在2045年,处于混乱和崩溃边缘的现实世界令人失望,人们将希望寄托于虚拟现实游戏“绿洲”,后因继承者问题爆发了一场在虚拟与现实间的争夺战。

“绿洲”游戏所使用的远程VR和AR技术,让每个观影者都充满了向往。《头号玩家》上映后两个月,OPPO在深圳实现了全球首个采用3D结构光技术的5G视频通话演示,向外界展示了5G可以带来的突破性应用体验,“绿洲”从技术上看起来似乎距离我们并不遥远。

OPPO的“绿洲”

此次演示在深圳的OPPO研究院进行,由集成3D结构光摄像头的定制版OPPO R11s智能手机,通过手机的RGB和结构光摄像头分别采集人物色彩和3D信息,经过5G传输,最终在远端接收显示器实现三维人像画面的还原。

这其中涉及了面向未来的两个核心技术:3D结构光和5G。

3D结构光是一个技术术语。传统RGB摄像头把环境光、自然光、太阳光呈现出来的光线效果采集起来,形成2D图像。与之相比,3D结构光可以实现高准确度的深度信息采集,快速扫描,根据物体光信号的变化来计算物体的位置和深度等信息,进而复原整个三位空间。比较容易理解的场景就是类似《星球大战》中的全息影像设备,可以实现不同远程人物在同一位置的视觉3D成像。 传统单摄就像人的一只眼睛,可以准确成像,但很难确定距离和景深。现在智能手机也可以通过单个摄像头采集多张图片,通过SLM技术合成实现3D环境的建模,但是计算复杂度非常高,精度非常低。常见的双摄像头采集3D信息可以达到厘米级别,计算复杂度相对降低。而3D结构光的优势在于可以实现快速毫米级别的深度信息检测,计算复杂度远远降低,并且能够提供高精度的3D点云数据,这对于远程VR和AR技术的实现非常重要。传统单摄就像人的一只眼睛,可以准确成像,但很难确定距离和景深。现在智能手机也可以通过单个摄像头采集多张图片,通过SLM技术合成实现3D环境的建模,但是计算复杂度非常高,精度非常低。常见的双摄像头采集3D信息可以达到厘米级别,计算复杂度相对降低。而3D结构光的优势在于可以实现快速毫米级别的深度信息检测,计算复杂度远远降低,并且能够提供高精度的3D点云数据,这对于远程VR和AR技术的实现非常重要。

在具体应用方面,除了三维重建,3D结构光技术面向用户端在安全支付,AR和游戏等突破性应用场景上都会带来完全不同的体验和更多可能性。

比如在人脸识别上,OPPO 3D结构光点阵投影器可以投出来 1.5 万个物理点、达到30万的分辨率。在软件端目前实现的精度达到正负0.6毫米的级别,安全等级上完全可以做到百万分之一的支付精度,远超目前指纹识别大约5万分之一的精度。因此,从人脸解锁或者人脸支付角度来看,3D结构光技术一定会成为主要科技企业重点投入研究的方向。

有意思的是,OPPO一直擅长的手机拍照,也会因3D结构光技术带来重要突破。目前一些智能手机基于AI技术也推出了类似“摄影棚”3D补光功能,但真实成像效果中会发现人像与背景间的抠图非常生硬,问题就在于基于双摄像头和算法,而非真正的结构光技术建模对人脸进行精确的3D重建还原。伴随3D结构光技术的突破,OPPO手机未来在人像3D立体美颜、3D补光等方面都会给用户带来全新的体验,甚至会真正实现单反级的人像效果。

很多直播平台目前也在使用2D AR贴图技术,比如在人脸上贴上胡子、眉毛、兔子耳朵等,但由于缺少准确的3D人脸信息,这些贴图往往不真实甚至错位,通过3D结构光技术带来的人脸精确重建就可以完美地解决这一问题。

游戏方面,目前很多AR游戏都是基于屏幕技术来实现的,更多是所谓的“2D AR”,3D结构光技术带来的整个三位空间复原,可以将虚拟世界与现实世界更好融合,带来沉浸式三维AR体验,大幅提升AR游戏等内容的普及,并且有效降低开发者的难度。

根据国家知识产权局网站查询显示,OPPO已于2017年11月7日就3D图像采集技术提交了名为“图像采集方法及装置、终端”的专利申请,该专利显示OPPO可以通过设备的折叠,用两个摄像头采集到的二维图像生成三维图像。而此次3D结构光技术的实现无疑是3D图像采集和生成更有效、更实际的解决方案。

值得关注的是OPPO研究院硬件研究中心总监白剑博士透露的信息:

支持多样化应用场景的3D结构光技术“在6个月内正式商用”,由此OPPO将成为Android行业中首个使用上成熟3D结构光技术的厂商,这也给OPPO今年下半年推出的新品手机带来了更多创新突破的可能性。

OPPO 5G研发的秘密

OPPO在3D结构光技术上的突破,已经给全行业展现了在人脸识别与安全支付、拍照、AR、游戏等众多应用领域的前景,但这更多基于终端对本地场景的应用,而如果要实现类似《头号玩家》的远程场景的VR和AR技术,必须与5G进行结合。

移动通讯历史基本上是以10年为一个技术周期进行变革,第一代是模拟通信;第二代是窄带通信系统,第三代则是相对宽带,大约10Mbps/S以上的数据速率,可以做一些相对简单的移动互联网业务,而目前4G LTE网络于2013年后启动大规模商用,也是主要通讯技术首次与全球变革基本同步,也由此引发了中国朝气蓬勃的移动互联网创新。不过要实现超大数据量的远程VR和AR传输,目前4G网络在传输速度、带宽、时延等方面还不能满足要求。这也是为何OPPO将3D结构光技术与5G结合进行视频通话演示,给行业带来巨大冲击力的原因。 从5G和3D结构光,看OPPO技术驱动引擎如何加速度简单解释来说,相比4G,5G显著的特点有三个:

一是增强型移动宽带,5G可以实现峰值速率10Gbps以上的速率,同时达到非常短的时延,相比4G都有10倍以上的进步;

二是大规模机器通信——mMTC,也是今天各行业看好的智能家居、智能汽车、智能制造、工业物联网等泛IoT应用领域;

第三个是高可靠、低时延通信,主要面向的是工业控制和自动控制,比如无人驾驶、远程医疗、远程机器人等领域;

可以说,5G是人类无线通讯历史上最重要的技术革命,涉及到各个行业和企业未来的全面革新,因此从标准制定初期就汇聚了全球最核心的科技企业,OPPO就是其中重要的标准、技术和应用贡献者。

中国4G市场于2014年三季度之后开始爆发,而OPPO已经投入5G预研,并在2015年建立5G标准团队,2017年成立通信标准部,并在2018年成立了OPPO研究院标准研究中心,在坚持投入研发的同时不断提升研发部门的层级。

就5G通信基本技术储备而言,OPPO深入的5G研究领域包括数据传输技术、信令控制技术、射频指标、终端自干扰、语音业务支持、终端直连与中继、终端节能优化等各个方面,目前OPPO涉及5G通信标准的全球专利布局已超过1000件。仅2017年OPPO在3GPP文稿提交数量为700+,排名3GPP参与公司前列。2018年1月16日,IMT-2020(5G)推进组在北京发布了第三阶段技术规范,凭借在5G核心技术研发和国际标准化上的实力和经验,OPPO成为参与《5G技术研发试验系统验证——终端设备技术要求》标准研究制定工作的唯一终端厂商。

中国三大运营商也是5G网络标准的重要指定者和网络建设者,OPPO在5G方面与三大运营商都有非常紧密的合作。以中国移动为例,OPPO协助中国移动在5G标准制定过程中解决多项网络运营关键问题,并协助制定了5G终端技术规范和测试规范。2018年2月的世界移动通信大会期间,中国移动在GTI国际产业峰会启动“5G终端先行者计划”,OPPO在第一时间成为该计划的重要成员。

按照OPPO公布的计划,预计2019年下半年会推出预商用的手机版本,2020年实现5G手机的商用,与中国5G牌照和大规模建网时间保持同步。OPPO CEO陈明永之前也透露称:在5G手机方面,OPPO即使不是第一个,也会是前一两个做出产品的手机厂商,而且是体验很好的产品。

OPPO研究院标准研究中心总监唐海认为,OPPO长期坚持5G投入,是因为OPPO作为拥有超过2亿全球年轻用户的终端手机企业,是5G产业链最了解用户需求的环节,所以OPPO从保证终端质量和用户体验出发,也要坚持和加强5G投入,为未来提供基础创新方向。

OPPO技术驱动引擎启动加速度

作为全球前四大智能手机企业,OPPO曾长期被外界误读为“缺乏科技力的公司”。

但实际上,OPPO是一直强调技术投入和研发的手机企业。造成误读的原因,我认为主要有三点:

一是OPPO企业文化中的核心理念是“本分”,即使成为国内份额第一、亚洲份额第一的智能手机品牌,OPPO也在内部刻意保持低调,不主动做市场营销的概念传播。在技术研发上也同样如此,当很多手机企业不惜使用供应链合作伙伴的创新来标榜自身“黑科技”、做各种营销炒作时,坚守“本分”理念的OPPO并没有跟风,而是不断在北京、上海、深圳、东莞、日本东京、美国硅谷设立研究所机构,聚合全球最具优势的研发资源与人员,构建成了产研销全球一体化体系。

来自国家知识产权局网站数据显示,截止目前OPPO提交的“发明公布数”已达14282件。从公开数据来看,OPPO 2013年首次进入国内专利申请人TOP10榜单,2015年位居中国通信业专利排名第二位,2016年成为纯手机终端公司国内专利申请量第一,2017年再次成为纯手机终端公司专利授权量第一。 二是相比营销和渠道建设,技术能力更需要长期的基础积累,并且往往呈现“滞后”效应。比如OPPO在2015年开始建立5G标准团队,距离2018年实现了全球首个采用3D结构光技术的5G视频通话演示已过去三年,距离2020年实现5G手机的商用更是长达5年时间。这种核心的基础通讯技术,没有长期投入的决心和耐力是不行的。二是相比营销和渠道建设,技术能力更需要长期的基础积累,并且往往呈现“滞后”效应。比如OPPO在2015年开始建立5G标准团队,距离2018年实现了全球首个采用3D结构光技术的5G视频通话演示已过去三年,距离2020年实现5G手机的商用更是长达5年时间。这种核心的基础通讯技术,没有长期投入的决心和耐力是不行的。

不过一旦完成核心技术的积累和突破,往往也意味着会带来巨大的创新加速度。OPPO在3D结构光技术和5G技术上的结合,以及“前一两个做出5G手机的厂商”的决心,正是这种长期研发投入形成的技术引擎带来的强劲驱动力。

三是OPPO的技术投入往往更以用户实际需求为导向。VOOC闪充、5倍潜望镜摄像技术、游戏优化、3D成像技术等,由于非常贴近用户的日常痛点需求,OPPO也经常“朴实”的将其作为产品核心特征,而不像有些企业动辄做“要改变世界”的宣传炒作,这也给普通用户留下了“OPPO强于产品创新而弱于科技投入”的印象。实际上,反过来看,如果没有持续和踏实的科技创新,OPPO如何完成在智能手机上面向用户核心痛点的连续创新突破?

好消息是,伴随OPPO技术创新力在“后智能手机时代”开始逐渐突显出加速度,特别是3D结构光技术与5G结合带来的众多突破性应用体验,OPPO这种技术和用户需求的“双驱动”模式带来的产品差异化和技术“鸿沟”优势将会越来越明显,这让用户和业界对OPPO接下来的新品迭代充满了期待。

可以说,4G与智能手机造就了2D移动互联网时代,而在即将到来的5G时代,以OPPO为代表的科技企业,正在点燃新的“科技树”,打造现实与虚拟世界密切连接的3D数字时代。

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