科技大厂掀购并潮　3D传感技术热度飙升

资策会MIC资深产业分析师陈赐贤

3D空间物体量测技术可以用来侦测及分析待测物体形状、外观及距离，量测过程中搜集到的影像数据资料可以在电脑虚拟环境中建立物体3D空间数位模型，这些数位模型具有相当广泛的商业用途，像是微软(Microsoft)推出的Kinect人机互动电玩游戏装置就是3D空间物体量测技术的应用实例。

一般而言，3D空间物体量测是将光线投射到待测物体，并藉由光线的反射计算出物体在3D空间的距离，由于量测到的数据资料包含深度讯息，因此，常以深度影像(Depth Image)称之。

透过深度影像与二维影像(2D Image)的结合，便能够获得二维影像中每一画素(Pixel)的深度讯息，并将二维影像转为3D影像，若持续对某特定场景进行物体量测，就能够辨识出物体在3D空间中的纵深运动轨迹。

捕捉物体深度影像的方法有许多种，若依据物体材质、辨识环境、辨识精密度等不同条件，基本上可区分为接触式(Contact)与非接触式(Non-contact)两种方法。

接触式方法指的是透过实际接触而量测出物体深度影像，非接触式方法则是透过音波(Sound Wave)、微波(Microwave)或光学(Optics)进行物体深度影像量测，产业界近期研发重点以非接触式方法为主。

3D手势感应控制(3D Gesture Sensing Control)属于非接触式物体深度影像量测方法，若依据量测技术之不同，3D手势感应控制又可区分为三大技术类型，包括结构光扫描(Structured Light Scanning)、时差测距(Time-of-Flight, ToF)与三角测距(Triangulation)(图1)，以下将就各技术优劣进行分析比较。

资料来源：资策会MIC

图1　3D手势感应控制技术类型

精细度高/成本低　结构光适用智慧电视

结构光指的是具有特定形状模式的光线，像是线条状、平面状、网格状等，结构光扫描的基本原理是将结构光投射到待测物体表面，并用摄影机撷取受物体表面影响的变形结构光图像讯息，包括物体的距离、物体表面形状变化、物体间隙等。

微软推出的第一代Kinect人机互动电玩游戏装置就是采用结构光扫描技术的应用实例，使用红外线、结构光图案绕射元件及红外线互补式金属氧化物半导体(CMOS)影像感测器等构件进行深度影像捕捉，并透过影像处理器将深度影像运算成3D深度图像，并进行3D手势感应控制图像辨识及动作指令转换。

值得一提的是，结构光扫描技术主要优点是可以处理大量扫描活动、扫描速度快、精细度相对较高、成本相对较低。另一方面，结构光扫描技术主要缺点是较易受环境光源干扰，因此，结构光扫描技术相对较适合在室内运用。

结构光扫描技术较佳的侦测距离为1.8～3.5公尺，因此，目前结构光扫描技术较合适的应用产品为智慧电视，而或许这也是苹果(Apple)会以3.6亿美元并购PrimeSense的主要策略意图，导入结构光扫描技术打造具备3D手势感应控制性能的Apple TV，其后续发展值得关注。

量测速度快　时差测距称霸游戏应用

使用时差测距技术进行3D空间物体量测，首先，对待测物体发射光线，其次，计算该光线到达待测物体表面后反射回来的时间差，由于光速为已知条件，因此透过时间差的侦测数据可以计算出待测物体的距离。

以色列厂商3DV Systems开发的ZCam就是采用时差测距技术的应用实例，使用红外线及加速度计(Accelerometer)对待测物体进行3D空间相对位置变化感测，进而建构待测物体深度影像数据资料。另外，值得一提的是，2013年11月微软发表的第二代Kinect人机互动电玩游戏装置则转而改采布局已久的时差测距技术。

时差测距技术主要优点系量测速度非常快、物体量测演算法相对简单、较不易受环境光源干扰，但缺点为辨识度易受待测物体表面特性影响、成本相对高、精细度相对低。

时差测距技术的侦测距离为超过0.3公尺即可运作，因此，就目前时差测距技术应用在消费性资通讯产品上，判断其应用范围较广，可含括平板电脑、笔记型电脑、智慧电视机甚至智慧型手机。

值得一提的是，相较于结构光扫描技术，时差测距技术具有量测速度非常快的优势，因为只有够快的量测速度才能够符合电玩游戏装置与智慧行动装置人机介面诉求的直觉且流畅的人机互动操控体验感受，而这或许也是微软透过并购Canesta与3DV Systems这两家拥有时差测距关键技术与专利权厂商最主要的目的。

不受环境光干扰　三角测距实现AR应用

使用三角测距技术进行3D空间物体量测，首先须对待测物体发射雷射光线，接着摄影机搜寻座落于待测物体上的雷射光点，随着待测物体与量测装置之间的距离差异，雷射光点座落在摄影机影像感测元件上的位置也会不同。

由于雷射光线发射机与摄影机间的距离及雷射光线发射角度皆为已知，因此，可以透过雷射光点座落于摄影机影像感测元件上的位置计算出待测物体与量测装置之间的距离。

索尼(Sony)推出的PlayStation 4电玩游戏装置配备的双眼相机(PlayStation 4 Eye Camera)就是采用三角测距技术的应用实例，使用者可藉由PlayStation 4的双眼相机及游戏控制手把(DualShock 4)上的发光二极体(LED)灯追踪控制手把位置及辨识使用者手势或是身体动作变化，进行像是扩增实境(Augmented Reality, AR)电玩游戏装置互动体验感受。

值得一提的是，三角测距技术主要优点为较不易受环境光源干扰、成本相对较低。三角测距主要缺点为量测速度较慢、精细度相对较低、量测距离较短，因此，三角测距技术并不适用远距离测量。[!--empirenews.page--]

另一方面，由于三角测距量测速度较慢，且感应装置微型化后明显减低影像感测精细度。因此，三角测距技术相较于结构光扫描技术与时差测距技术在消费性产品市场发展潜力相对较弱。

看好3D感测发展后势　大厂展开并购布局

2013年11月苹果以3.6亿美元并购3D手势感应控制技术重要厂商PrimeSense，此项并购消息的竞争策略意涵是，苹果相关产品在人机介面(User Interface)设计上，将从多点触控(Multi-Touch Control)进展到3D手势感应控制(3D Gesture Sensing Control)。

从手指碰触控制到手势感应控制的人机介面设计趋势不容小觑，因为当苹果积极采用3D手势感应控制技术重新打造Apple TV、iPad、iPhone，带动作业系统、硬体与人机介面最佳化设计风潮，并促使App Store软体开发商开发出更合适、更有趣的3D手势感应控制性能相关软体与应用程式(App)，此发展趋势很有可能进一步对电视、平板电脑、手机市场带来新一波竞争冲击。

由于3D手势感应控制可以带给使用者更直觉、更流畅的人机互动操控体验感受，因此，近年来已成为资通讯领域大厂积极布局的新兴科技。

除苹果并购PrimeSense外，其他资通讯领域大厂也不遑多让，近年来也透过并购方式积极布局3D手势感应控制相关技术，包括微软并购Canesta、3DV Systems，英特尔(Intel)并购Omek，Google并购Flutter。另外，晶片大厂安谋国际(ARM)与EyeSight计划合作将3D手势感应控制功能导入智慧型手机，三星(Samsung)则开始在智慧电视中导入手势感应操控功能诉求更直觉、更流畅的人机互动操控体验感受。

科技业者后续应密切观察指标性大厂，像是苹果、Google、英特尔、微软、索尼、三星等，近期在3D手势感应控制技术实际商品化推展态度及市场销售实绩，做为投入产品开发、市场产销或加入供应链体系的重要观测指标。