Apple 發(fā)明了可用于拍照和錄像的殺手級3D成像照相機(jī)。開發(fā)中的新照相機(jī)將利用深度傳感器，如LIDAR，RADAR和激光，來合成立體色差圖產(chǎn)生3D影像。此外，這種相機(jī)將使用先進(jìn)的色差、亮度傳感器獲取高色差精度。那樣還不夠，新相機(jī)將不僅包含面部識別還包含了表情識別功能。Intel在2010年即聲稱3D革命即將來臨，顯然Apple想要成為最早采用這種殺手級3D相機(jī)的公司之一?？赡芷渌驹?D相機(jī)上會打敗Apple成為市場第一，但今天的發(fā)明所描述的技術(shù)將明確地為iOS設(shè)備提供殺手級3D圖像，而且僅支持Apple的具有革命性的視網(wǎng)膜顯示屏。Apple的革命性體驗(yàn)才剛剛開始，這種能在iPad屏幕上瀏覽3D圖像、照片和視頻的能力，其革命性體驗(yàn)將進(jìn)一步引爆我們的大腦。

現(xiàn)在的照相機(jī)僅具有有限的3D功能

現(xiàn)存的3維圖像捕捉設(shè)備，如數(shù)碼相機(jī)、攝像機(jī)，能獲取有限的捕捉范圍內(nèi)物體的3D視覺信息。例如，一些成像設(shè)備能提取關(guān)于捕捉范圍內(nèi)物體近似的深度信息，但不能獲得關(guān)于這些物體表面的詳細(xì)幾何信息。

一些傳感器能估算捕捉范圍內(nèi)物體的距離，但不能精確產(chǎn)生物體的3D形狀?；蛘吡硗庖恍┰O(shè)備能獲取和產(chǎn)生捕捉范圍內(nèi)物體表面的詳細(xì)信息，但不能提取深度信息。

因此，這些傳感器不能區(qū)分一個(gè)靠近傳感器的小物體和遠(yuǎn)離傳感器的大物體。

Apple的先進(jìn)3D相機(jī)解決方案

Apple的發(fā)明是關(guān)于利用一個(gè)或多個(gè)專用相機(jī)捕捉3D圖像的系統(tǒng)、裝置和方法。

根據(jù)Apple描述，一個(gè)方案是一個(gè)3D相機(jī)捕捉至少一張包含一個(gè)或更多個(gè)物體的圖像，包含： 一個(gè)第一傳感器捕捉偏振圖像，這個(gè)第一傳感器包含一個(gè)相機(jī)和一個(gè)偏振濾鏡與之相連;一個(gè)第二傳感器捕捉第一張無偏振圖像;一個(gè)第三傳感器捕捉第二個(gè)無偏振圖像;至少一個(gè)處理模塊利用不少于第一張和第二張無偏振圖像來取得所拍攝的一個(gè)或更多個(gè)物體的深度信息，處理模塊進(jìn)一步聯(lián)結(jié)偏振圖像、第一張非偏振圖像和第二張非偏振圖像形成合成的三維圖像。

另一個(gè)方案是用三維成像裝置捕捉至少一個(gè)含一個(gè)或更多物體的圖像，包含：一個(gè)第一傳感器捕捉偏振色差圖像和確定所拍攝一個(gè)或更多物體的表面信息，一個(gè)第一傳感器包含一個(gè)色彩成像設(shè)備和與之相連的一個(gè)偏振濾鏡;一個(gè)第二傳感器捕捉第一個(gè)亮度圖像;一個(gè)第三傳感器捕捉第二張亮度圖像;至少一個(gè)處理模塊利用不少于第一張、第二張亮度圖像并聯(lián)結(jié)偏振色差圖像獲取取所拍攝的一個(gè)或更多個(gè)物體的深度信息，利用表面信息和深度信息形成合成的3D圖像。

還有一個(gè)方案的形式是一個(gè)物體至少采集一張圖像的方法，包含：捕捉物體的一張偏振圖像;捕捉物體第一張非偏振圖像;捕捉物體的第二張非偏振圖像;從不少于第一張和第二張非偏置圖像中獲取物體深度信息;確定物體的多個(gè)表面法向，這些表面法向是從偏振圖像中取得;用深度信息和這些表面法向合成三維圖像。

采樣圖像傳感器包括電荷耦合器件(CCD)傳感器，互補(bǔ)金屬氧化物半導(dǎo)體(CMOS)傳感器，紅外線傳感器，光探測和測距傳感器等類似器件。圖像傳感器會對一系列色彩和/或亮度敏感并且會采用多種分色機(jī)制，如拜爾陣列(Bayer arrays)，F(xiàn)oveon X3配置，多CCD器件，二向棱鏡(dichroic prism)等類似器件。

設(shè)備將使用新3D捕捉技術(shù)

Apple稱在一些實(shí)施方案中，會配備圖像傳感器將采集的圖像轉(zhuǎn)換或幫助轉(zhuǎn)換成數(shù)字圖像數(shù)據(jù)。圖像傳感器將置于多種電子設(shè)備中，包括(不僅限于)數(shù)碼相機(jī)，個(gè)人電腦，個(gè)人數(shù)字助理(PDAs)，手機(jī)，單獨(dú)相機(jī)或任何用于處理圖像數(shù)據(jù)的設(shè)備。

集成組件到3D圖像采集相機(jī)中

Apple的專利如圖FIG.1A ，下面的功能模塊圖是闡述3D相機(jī)的第一個(gè)方案的組件。

如FIG. 1A所示，3D圖像裝置/相機(jī) 100 包含一個(gè)第一成像設(shè)備102，一個(gè)第二成像設(shè)備104和一個(gè)圖像處理模塊106。偏振濾鏡108與第二成像設(shè)備相連。

產(chǎn)生立體色差圖

在第一和第二成像設(shè)備觀察112和114區(qū)域，如上圖標(biāo)記，觀察的物體圖形具有一定偏移量，所以接收的圖像有著輕微的差別。如第一成像設(shè)備102的112區(qū)域在垂直，對角或水平方向上與第二成像設(shè)備104有一定偏差，或更靠近或更遠(yuǎn)離我們的觀察點(diǎn)或平面。第一、第二成像設(shè)備觀察區(qū)域112和114產(chǎn)生的偏移能對產(chǎn)生立體色差圖和獲取深度信息提供有用數(shù)據(jù)。

可選深度探測技術(shù)：LIDAR， RADAR和Laser

如圖FIG.1A標(biāo)示，第一成像設(shè)備102發(fā)射電磁波，通過捕捉物體反射回的電磁波獲取物體110的近似距離。

在第一個(gè)方案中，第一成像設(shè)備是一個(gè)光探測和距離傳感器。LIDAR傳感器發(fā)射激光脈沖，在物體表面反射回，再由傳感器探測反射信號。LIDAR傳感器通過測量激光脈沖的發(fā)射和接收信號間的時(shí)間延遲計(jì)算與物體間的距離。其他方案則利用其他類型的深度探測技術(shù)，如紅外線反射，RADAR，激光探測和測距等類似器件。

利用微透鏡

Apple的專利會在他們的3D照相機(jī)中使用微透鏡，這種微鏡頭含有很多聚焦偏振光的子濾鏡。微透鏡可由任何合適的材料制成，通過光導(dǎo)來傳輸、散射光。此外，光導(dǎo)包含反射材料、高透明度材料、光吸收材料、不透光材料、金屬材料，光學(xué)材料和/或任何其他功能性材料集合，提供額外的光學(xué)性能修正。

在第一個(gè)方案中，微透鏡是凸?fàn)钋沂菆A形的。其他方案中會有不同的形狀。如在第一個(gè)方案，微透鏡是圓錐形，沒個(gè)微透鏡頂部是一個(gè)點(diǎn)。

其他方案中的微透鏡是所謂的頂端截平了的錐體，其頂端是一個(gè)平坦的表面。此外，在一些方案中，微透鏡是凹狀表面，而不是凸?fàn)畹摹?/span>

眾所周知，微透鏡的形成需要很多技術(shù)，包括激光切割技術(shù)和/或微加工技術(shù)如金剛石車削。在微透鏡形成后，電化學(xué)加工技術(shù)用于鍍膜和/或使微透鏡增長壽命或增強(qiáng)/添加需要的光學(xué)特性。

色差和亮度傳感器

提及的3D相機(jī)中的傳感器還包括使用一個(gè)第一色差傳感器(202)和一個(gè)亮度傳感器(204)。亮度傳感器用來捕捉進(jìn)入的光的亮度成分。此外，每個(gè)色差傳感器用來捕捉進(jìn)入光的色彩成分。在第一個(gè)方案中，色差傳感器202，206會感應(yīng)一幅圖中的R(紅)、G(綠)、B(藍(lán))成分，并處理這些成分獲得色差信息。

其他方案中會用于感知其他的色彩成分，如黃、藍(lán)綠、洋紅等。并且在一些方案中，使用兩個(gè)亮度傳感器和一個(gè)色差傳感器器。比如說某一方案會使用一個(gè)第一亮度傳感器、一個(gè)色差傳感器和一個(gè)第二亮度傳感器，所以兩個(gè)亮度圖像的偏差將產(chǎn)生立體視差(如，立體深度)圖。

面部和表情識別

在第二個(gè)方案中，3D成像裝置用來識別面部表情。面部表情包括(不限于)笑、扮鬼臉、皺眉、眨眼等等。在第一個(gè)方案中，這些會通過表面幾何數(shù)據(jù)探測多種面部肌肉方向來實(shí)現(xiàn)，如嘴、眼、鼻、額、面頰等等，并將這些探測得到的方向數(shù)據(jù)與多種面部表情結(jié)合。

旋轉(zhuǎn)物體形成3D模型

在第二方案中，3D成像裝置會掃描物體，合成物體的3D模型。這個(gè)方案可以通過在物體旋轉(zhuǎn)時(shí)拍攝物體的多張照片和視頻實(shí)現(xiàn)。當(dāng)物體旋轉(zhuǎn)時(shí)，圖像傳感器將捕獲很多表面幾何形狀，用這些幾何形狀合成物體的3D模型。

在第二方案中，圖像傳感設(shè)備會跟著物體移動，并拍攝多張照片或視頻用于合成物體的3D模型。例如，使用者在穿過住宅時(shí)對著住宅拍攝視頻，圖像傳感設(shè)備將使用計(jì)算出的深度和表面細(xì)節(jié)信息來合成一張住宅的3D模型。從多張照片和視頻中得到的深度和表面詳細(xì)信息將會匹配起來構(gòu)建成無縫的合成3D模型，并與每個(gè)照片和視頻中的表面和深度信息結(jié)合。

3D革命來臨的第一次討論是在我們的一篇報(bào)告名為“Intel‘s CES Keynote2010，Apple和iLife3D”中。Intel 稱其將會推出8到16個(gè)核心處理器來推動3D的消費(fèi)級應(yīng)用。用其裝備一臺相機(jī)真是絕妙。

Apple的專利申請最初是在2011年第三季度由Brett Bilbrey、Michael Culbert、David Simon、Rich DeVaul、Mushtag Sarwar和David Gere提交，并于今天由美國專利與商標(biāo)局公布。