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3D感測 讓你的生活神進化

2017年蘋果iPhone X的問世及臉部解鎖技術，讓「3D感測」一詞成為關鍵字； 2018年，最具科技趨勢指標的美國消費性電子展（CES）上，3D感測大爆發！ 當機器透過3D感測而有了「靈魂之窗」， 人類終可讓高智慧的萬物聯網協助我們生活得更便利、更省力。 新時代正馬力全開、加速到來，3D感測的關鍵技術與供應鏈，你不可不知！

一個如好萊塢電影《關鍵報告》般，一揮手能操控螢幕、走到哪都有攝影機掃描、還有無人車載著你穿梭行進的世界，很遙遠嗎？

美國時間一月九日至十二日舉行的美國消費性電子展（CES）顯示，這樣的科技，已是「現在進行式」！

CES開幕演講上，半導體巨擘英特爾（Intel）執行長科再奇（Brian Krzanich）先行暖身，以視覺和聽覺大秀，宣告二○一八年科技發展的重點仍是人工智慧（AI）、自駕車（Autonomous Vehicles）、AR／VR（擴增／虛擬實境）、物聯網和智慧家電。

沒錯！這些科技名詞都不算新鮮，但在隨後陸續登場的熱鬧大秀中，卻仍然能令現場觀眾驚呼連連，原因，就在於他們都裝上了這個關鍵小物：3D感測。

首先，英特爾旗下以色列「自駕車之眼」Mobileye執行長夏舒雅（Amnon Shashua）笑容滿面搭著自駕車上台，因為有了3D感測，車輛才能精準測距、華麗登台，而不會一不小心撞向前方的科再奇或掉落台下。

接著，AI與真人樂隊同步演奏，台上的真人鼓手只拿著鼓棒擊打空氣，就能準確發出鼓聲，這同樣是拜四面八方各種不同的感測器對鼓手力度與角度的掌握；最後，甚至還有一百架迷你無人機，在場內如螢火蟲般翩翩起舞而不相撞，一舉創下金氏世界紀錄。

3D感測就像「科技之眼」

機器有了視覺，將更有人性

於是，今年CES的真正亮點，與其說是枱面上的主角，更貼切的，應該是宣告3D感測全面啟動時代來臨。會展現場，包括科技龍頭高通、意法半導體、英飛凌、德儀、聯發科、華晶科、鈺創等廠商，均展示3D感測解決方案及應用，AI巨擘輝達也攜手各大車廠，讓CES化身無人車「型車大展」。

美參加展覽的工研院IEK電子與系統研究組經理侯鈞元，斬釘截鐵地說，今年CES上最吸睛、且對人類衝擊層面最廣的技術，就是「自駕車、物聯網和AI，全都配備3D感測！」

因為有了3D感測，今年CES上的AI、自駕車和智慧家電和往年更顯不同：它們都有了更精準的視覺、能辨識遠近、理解方位、進行掃描，讓機器更像人類，能在路上、在家中、在工廠裡，幫助現實生活更安全便利。

什麼是3D感測？這個看似冷僻生硬的名詞，其實可將它想像成人類的「眼球」。眼球是由許多組織形成，例如虹膜、瞳孔、視網膜、視神經等，才能感光、聚焦、將形象轉換為訊號傳遞到大腦。而3D感測是由CMOS（互補性氧化金屬半導體）影像感測器、演算法、輔助感測效果的外部元件（如紅外線），以及主處理器組合而成。

侯鈞元說，目前3D感測分為可模仿人類眼睛的立體成像、iPhone用的結構光，以及飛時測距（ToF）三大主流技術，依據不同距離或需求，應用在機器人、自駕車或家電上；而3D感測被視為推進AI、自駕車、AR／VR、物聯網、智慧家電技術升級最重要的鑰匙！

但事實上，3D感測並不是新技術，該技術從十多年前任天堂最熱銷的遊戲機Wii、微軟Xbox推出Kinect遊戲機就已現蹤，但當年都僅止於休閒娛樂應用。3D感測此時會成為關鍵字，工研院電光系統所所長吳志毅解釋，是因晶片運算速度已較十年前大躍進、AI成為了顯學，而3D感測能強化機器的感知，讓AI更有可能提早發生。

各家旗艦智慧手機導入

帶動商機全面爆發

但除了晶片運算技術水到渠成之外，更重要的關鍵，還是在重量級產業的推波助瀾，也就是：智慧型手機旗艦機種預料將在一八年全面導入3D感測。這部分，首先來自於王者蘋果。

近八年來，蘋果其實一直默默布局3D辨識與AR／VR技術，二○一○年蘋果開始收購英國IMSense和瑞典人臉辨識軟體公司Polar Rose，一三年的出手更具代表性，就是收購以色列的3D深度感測辨識商PrimeSense，這家廠商不但就是當年為微軟研發出第一代Kinect而揚名國際的新創獨角獸，更是此次蘋果iPhoneX背後的技術根柢。

在PrimeSense之後，蘋果一五年又四度出手，分別吞下以色列鏡頭技術商LinX、德國AR企業Metaio、英國圖像辨識業者Perceptio、瑞士臉部動畫生成技術公司Faceshift，一六至一七年再購併美國影像辨識廠Flyby Media及以色列臉部辨識技術商RealFace。

上述動向，可看出蘋果發展3D感測技術的迫切與野心。蘋果七年磨一劍！一七年底終於推出有臉部辨識及Animoji的iPhoneX，庫克重申，AR會像智慧型手機一樣，不但具有革命性影響，也是蘋果的下一個大事。

數位影像方案商華晶科技董事長夏汝文認為，蘋果iPhone X推出3D感測不僅為了手機解鎖，實際目的是取得每個用戶的3D模型，這些大數據讓蘋果能建立數據資料庫，可自行研發或銷售Kit（套裝）平台給其他軟體公司，擴大AR研發商機及收入利潤。

有了每位使用者的3D模型數據，蘋果才能跳脫只靠硬體挹注營收的困境，讓所有產品舉凡手機、平板或筆電都能變身成軟體研發養分，「AR的應用很廣泛，」夏汝文提醒：「想像以後每個遊戲主角都能變成自己。」

台灣三星電子行動與資訊事業部副總經理李元榮也說，雖然三星認為指紋解鎖仍是最好選項，但人臉辨識未來將是旗艦機必備選項之一，當手機硬體規格瓶頸越來越難突破，AR貼圖應用會是旗艦機吸引人的機會，「手機決勝點終將回歸到能否改變生活、創造好的體驗。」

iPhone X已經讓蘋果踏上了這條不歸路，安卓陣營勢必跟進，3D感測在智慧型手機的洪荒推力下，終於大步邁入爆發期，未來三星、華為等品牌旗艦機都計畫搭載人臉辨識較勁蘋果。聯發科執行長蔡力行就說，今年推出的晶片都將支援AI及電腦視覺，以提供精確3D感測功能。IC設計廠鈺創董座盧超群也宣布推出3D感測新技術。

當晶片與軟體廠爭相以3D感測和AI運算為開發核心，3D感測終可進入「建立數據資料庫」元年。累積足夠數據後，3D感測的意義就不再只是「在AR或VR世界呈現立體影像」，而能進一步讓設備「意識自己所處環境，知道周遭發生了什麼事，這些事又代表什麼意義。」這一點，才是3D感測讓AI、自駕車、物聯網等產業「神進化」的關鍵一步。

當AI「長眼睛」⋯⋯

機器人說話不夠看，還能端茶送餐

在吳志毅的定義中，3D感測是「把人的眼睛放到機器人上」，使其與人類一樣可視物並判斷。而夏汝文則形容「這是一個巨大的革命」，「人類最重要的器官就是眼睛，過去蘋果Siri或亞馬遜Echo都只有聽覺，但有了眼睛，AI就跨出加速發展第一步！」

AI需要強力的CPU（處理器）或開發出GPU（繪圖處理器）運作，造就了輝達（NVIDIA）的輝煌，但就像電腦昔日的發展趨勢，沒有人希望一台機器裝一堆處理器進行演算，會又慢、又笨重、又耗電，因此長遠發展趨勢是靠雲端、甚至往邊緣運算（Edge Computing）靠攏。

有了3D感測，AI可望也從邊緣（edge）端就有感官、可建構認知、進行分析及處理，變得更即時、機靈、有效率。現在手機、家電等各種系統都在導入，「我相信明（二○一九）年會有鋪天蓋地的3D感測AI產品！」夏汝文興奮地說。

侯鈞元形容，今年AI語音助理是展場標準配備，網路巨擘Google首度來參展就是主打語音助理Google Assistant，亞馬遜的AI「Alexa」更是席捲全場。

專家形容，今年CES看點之一，就是：所有產品都會講話了！智慧音箱成為人類可與AI及時溝通，與智慧家電、車聯網和物聯網串聯並下達指令的核心。

「你想得到的所有家電都配備AI語音助理，從電視、冷氣、冰箱、音響、汽車車充、行車記錄器都有Alexa，滲透幅度遠超想像。」侯鈞元具象化形容滿場機器人盛況：「從沒頭沒腳的智慧音箱、有腳（輪子）沒手的類Zenbo（華碩出產的機器人）、有手有腳（輪子）的類Pepper（鴻海代工的軟銀機器人）等，到處都有AI的身影！」這些AI大多內建Alexa或是Google語音助理，而讓侯鈞元真正印象深刻的是，「有些更進化的機器人，就加入3D感測。」

「它們被用來負責導覽、陪伴、照護等，也有特殊用途如機場輸送或送餐，可以想見這些機器人若沒有3D感測就只能聊天，有了3D感測就可以『看』，未來可以幫你端一杯水。」侯鈞元說。

當自駕車「長眼睛」⋯⋯

感知測距，避開馬路三寶

AI語音助理有了3D感測，就像機器一下子有了耳朵、嘴巴和眼睛，可以觀測你的動向、執行你的指令。而3D感測結合語音助理（如Alexa）的未來，除了生活中的機器人，在汽車上，也許更快亮相！

例如這次CES展，日本豐田（Toyota）、美國福特（Ford）或BMW等車廠就野心十足，豐田今年將生產安裝Alexa的車，預計一九年將Alexa套用在所有車款，未來開車回家前就可先開好車庫或客廳的燈；豐田還說，將與亞馬遜、必勝客合作推出類似餐車的AI無人車，計畫二○二○年在東京奧運亮相。

吳志毅言簡意賅解釋：「自駕車需要測距，一定需要3D感測！」車子要看的不只旁邊的物件，還要看一百公尺外的狀況，遠中近都必須感知，因此舉凡光達、景深攝影機、3D感測鏡頭等都是標配，各感測裝置可互補。

因此，除了AI，這些年來CES展也越來越像「車展」，英特爾讓自駕車開上台宣示不缺席，輝達更氣勢如虹，一口氣宣布與超過三百二十家企業合作開發自駕車，知名車廠福斯（Volkswagen）、美國自駕新創公司 Aurora、全球第二大汽車零件製造商德國ZF、中國百度及美國Uber等各國龍頭爭相合作，輝達創辦人黃仁勳說：「未來每輛新車都將具備語音、手勢、臉部辨識與擴增實境功能的AI助理！」

因此，輝達就主打「NVIDIA DRIVE IX智慧體驗平台」，應用在自動解鎖與開門的臉部辨識、提醒駕駛車外環境潛在危險、利用手勢辨識進行操控、追蹤注視方向發出駕駛分心警示。美國自駕車獨角獸Quanergy則與博世（Bosch）、奧迪（Audi）、福特（Ford）合作，證明固態光達感測元件將提高自駕車感知，讓行車更安全精確。

福特、豐田、福斯則展出特殊用途無人車，如送披薩，「這在美國需求極大！」侯鈞元笑道：「送物品的多元自駕車，肯定也是五年內研發重點。」

穩懋總經理王郁琦則用「貨車拖鋼筋」解釋3D感測價值：傳統汽車測距多用微波，角度小、解析度低、易錯估風險，「可以想像一台貨車拖著鋼筋，有一根長長的鋼筋延伸出來，但傳統的微波無法感知，只有3D感測光達技術因測距廣、解析度高，才能及時預警，這就是為何自駕車要必備3D感測。」

侯鈞元預期第五級全自駕車五年內可上路，「實現速度比過去預期更快，而自駕車的發展將衝擊城市交通形態以及人類生活樣貌！」

當物聯網「長眼睛」⋯⋯

無人工廠、商店變成日常

工廠也不例外。吳志毅預估最快全面導入3D感測的是工廠，原因是目前組裝線上的機器手臂沒有完整視覺，有的只在固定位置抓取物件，但有了3D感測，機器手臂就能自主找到物品並移動、甚至可思考要用哪個角度去抓取，讓工廠更智能有效率。

吳志毅說：「這是趨勢，目前海內外有七至八家高科技工廠都在跟工研院洽談，但我相信想做3D感測智慧工廠的企業，比這多十倍都有可能。」吳志毅預期兩年後就會出現全3D感測智慧機器人運作的無人工廠，且人力成本愈高的國家愈可能率先出現。

吳志毅的想法絕非空穴來風，鴻海就計畫以機器人大軍取代密集勞力。董座郭台銘上月（二○一七年十二月）接受中國央視專訪時明確表示，鴻海的思惟是發展「雲移物大智網+機器人」，這是智慧製造的核心，「未來二十年我們流水線（生產線）的工人會消失，但重要的不是哪些職業會消失，而是你能否適應環境的改變。」

鴻海目前已有五座無人工廠，由自製的Foxbot機械手臂「上工」，甚至連iPhone X都已借助Foxbot提高產量。但郭台銘期待機器人大軍更聰明，故默默布局視覺相關技術。

舉例而言，鴻海近年加碼投資以色列雙鏡頭科技廠商Crephotonics、美國光場相機技術新創公司Lytro、美國3D快閃光達技術新創公司TetraVue、中國最大臉部辨識獨角獸曠視科技、以及美國科技巨擘Google人工智慧計畫Google Brain前負責人吳恩達，所成立的新創公司Landing.ai，全面搶攻人臉辨識、VR、相機光學、光場技術、機器視覺及自駕車3D光達技術。

曠視執行長印奇透露，公司要「先讓機器看懂世界，再讓機器真正思考」，他們正為鴻海開發新機器人，可為產線節省一個人工步驟。

吳恩達也說，公司已建立一套電腦視覺檢測系統，第一個合作夥伴就是鴻海，雙方去年七月就啟動合作，「AI可被訓練得比人類更精確、更快且全年無休。」吳恩達在官網影片裡信心滿滿：「AI將改造整個製造業！」

海內外大咖一致看好3D感測的大未來，外資也抱持同樣態度。摩根大通、瑞銀、花旗、德意志、野村等多家外資都出具3D感測報告，視其為科技發展重點。摩根大通更提出數據證明其3D感測供應鏈產業指數（3D Sensing Supply Chain Basket）自一七年年初至十一月底的投資表現，勝過費城半導體指數五五％。

外資唱旺後市

3D感測將成科技發展重點

摩根大通說，雖然3D感測仍處於初步發展階段，但蘋果未來兩年的手機前置鏡頭都將配備3D感測、安卓陣營今年下半年也將導入，預估二○二○年智慧型手機3D感測模組產值將較一七年增逾二十七倍，達一百五十億美元。

不只手機需求龐大，匯豐更明言3D感測將衝擊各類產業，從手機、AR、工程建築設計、現場探勘、航空國防、醫學或整形外科，若關鍵零組件成本下降、性能提高，3D感測將像九○年代的PC市場一樣大幅增長；而PC最鼎盛時期產值高達兩千多億美元。

國際半導體產業協會（SEMI）的一份3D感測供應龍頭Lumentum研究報告，認為3D感測將在二○二一年以前成為AR／VR及自駕車必備組件。綜觀各報告說法，可知3D感測手機模組目前產值雖僅百億美元，卻是AI、智慧型手機、AR／VR、自駕車、物聯網六大產業合計產值上兆美元，不可或缺的發展之鑰。

這些趨勢都將帶動鏡頭用量提升，此次英特爾在CES展場登台的自駕車甚至一口氣配備十二顆鏡頭，這也因此讓大立光執行長林恩平重申，目前以全塑玻璃搭配自動變焦，以因應手機3D感測，或G+P（玻璃+塑膠）混合鏡頭的相關車用訂單，公司「都有在談」。

面對未來長期需求，林恩平持續獵地，為擴產做準備，去年中已斥資一○．三六億元購入台中西屯區工業區多達四千一百多坪的土地，今年將動土興建，仍以鏡頭製造為主，可見他對未來需求的樂觀。

台廠技術黑馬突圍

穩懋、同欣電、精材大放光芒

此外，亞洲光學因擁有玻璃鏡頭技術，被期許在3D感測上有所發揮，董事長賴以仁更信心滿滿，說亞光布局多年G+P複合技術，可利用玻璃耐熱特性，將雷射光由點變為平行光，亦可提升既有ToF技術，透過雷射測距儀應用掌握車用、無人機商機。

「雖然蘋果只用在前鏡頭模組，但未來將擴增至AR／VR、智慧家庭、安防監控等，應用空間無限寬廣！」賴以仁甚至大膽預言：「電影《鋼鐵人》中，小勞勃·道尼用雙手與虛擬按鍵成功設計出鋼鐵人的電影場景，有機會真實呈現在現實社會。」

除了鏡頭廠，3D感測不可或缺的紅外線發射端與接收端，有晶圓代工龍頭台積電、封測廠精材等公司布局身影，亦有砷化鎵晶圓代工廠穩懋、陶瓷基板供應商同欣電等技術黑馬突圍而出。

穩懋是蘋果十周年旗艦機iPhone X的3D感測系統供應商Lumentum獨家代工廠，能見度大增、業績也亮眼，去年股價大漲兩倍以上，成功躋身千億市值俱樂部。

穩懋董座陳進財笑道，「現在只是一個開始，技術繼續進步，需求也會增強，3D感測就像飛機正要起飛！」公司因此今年持續擴產，VCSEL（垂直共振腔面射雷射）產能勢必增加。

凱基證券則預期：一八年蘋果新機都將配備3D感測，其紅外線接收器供應商意法半導體（STM）的晶圓重組訂單由同欣電負責，同欣電因此擁有長期市場潛力；同欣電總經理呂紹萍也曾言，3D感測會是今年成長主力。

熱鬧的CES雖已落幕，廠商的競合卻正要開始。這是一個需要鏡片、鏡頭、模組、光源、處理器與演算法等軟硬體組成的隱形結構，卻是建構機器靈魂之窗的關鍵。

當機器睜亮了眼，未來所有物件都得以辨識、聯網、進化，人機互動、智慧生活不但會是日常的真實，也將使我們的生活更為便利有趣。

Reference:  https://www.smefast.org.tw/3d%E6%84%9F%E6%B8%AC-%E8%AE%93%E4%BD%A0%E7%9A%84%E7%94%9F%E6%B4%BB%E7%A5%9E%E9%80%B2%E5%8C%96/

3D 感測搭上 5G，預估將帶動 2021 年 VCSEL 總產值達 18 億美元

根據 TrendForce 旗下光電研究處表示，今年初原預估將有 10 款以上高階機種可能採用 3D 感測方案，有望帶動 3D 感測用 VCSEL 總產值（註）至 14.04 億美元，然而新冠肺炎（武漢肺炎、COVID-19）疫情重挫全球手機出貨表現，加上近年印度消費市場拉升中低階手機的需求量，進而減緩手機品牌廠推動高階機種導入 3D 感測方案的速度。推估 2020 年行動裝置（手機與平板電腦）搭載 3D 感測用 VCSEL 總產值將下修至 12.07 億美元，年成長 12%。

TrendForce 分析師吳盈潔表示，目前 3D 感測為手機品牌廠旗艦機在規格競賽中的重要指標，主要應用於後鏡頭，功能包含測距、圖片虛化效果、3D 物體辨識、空間建模與擴增實境，未來將進一步搭配 5G 傳輸功能，成為高階機種的標準配備，預計 2021 年 3D 感測用 VCSEL 總產值將上看 18.42 億美金，年成長達 53%。

現下 3D 感測主要供應商為 ams、Finisar、OSRAM、II-VI、Lumentum、Sony、全新、光寶、宏捷科、穩懋等。目前應用於消費性電子產品市場的 3D 感測方案，包含結構光、飛時測距（ToF）、主動雙目視覺等功能，其中飛時測距使用範圍廣泛，且具有反應速度快、辨識範圍大等優勢。

目前蘋果（Apple）與三星（Samsung）已分別在 iPhone、iPad Pro 等產品，以及 S20+、S20 Ultra 5G 等機型採用飛時測距功能，直接式飛時測距更具備省電的優勢，未來若結合 5G 傳輸，以擴增實境搭配手勢控制，將進一步強化互動式體驗效果。另外，3D 感測方案也可透過擴增實境進行室內陳設，或做為房屋改建、空間增建的設計基礎；甚至進一步與遊戲整合，預期將有機會透過異業合作帶來另一波商機。

註：以 3D 感測模組中計算整體紅外線發射器 Transmitter；TX 為主。

（首圖來源：shutterstock）

Reference: https://technews.tw/2020/09/01/3d-sensing-5g-vcsel-2021/