苹果的pro到底pro在哪里？LiDAR旧颜裹新妆带你遨游AR新世界

苹果最近十分看好激光雷达技术，在其2020年发布的iPhone 12 Pro和iPad Pro中都配置有激光雷达传感器（LiDAR）。iPhone 12 pro上的 LiDAR基本上可以实现两个重要的功能，一个是测量物体距离手机的距离，还有一个是记录投影范围内物体的深度信息。

iPhone12 LiDAR中的两个重要功能  |  新浪科技

听起来有些玄妙？简言之，iPhone 12 pro中的激光雷达传感器可以做很多有趣的事情，比如说——测量身高！听起来好像只是多了一个很酷的功能？其实远没那么简单，激光雷达传感器实则为AR（Augmented Reality，增强现实）开创了更多的可能性。

左侧手机为iPhone 12 Pro，摄像头右下方黑色的圆点就是它的激光雷达传感器。相比之下，右图iPhone 12则不具备  | applefans

· AR尺子怎么玩儿？·

在测量身高方面，打开“测距仪”app后，当取景器检测到人像时，就会从地面至头部、帽子或头发自动测量人像的高度。此时点击快门键还可拍摄带有身高测量值的照片，之后便可以将照片进行储存或者分享。

拍摄示例  |  apple

不仅是身高测量，AR尺子还可以用来测量家具、台面的长度等。如果我们使用直向和边缘指引功能的话，AR尺子就可以测量家具、台面等其他物体的长度。指引线会在边缘和测量直线时自动出现。最新的“测距仪”app还会为直线测量加上覆叠间尺，这样就可以显示物体尺寸的细微递增。同样，我们也可以拍摄照片已备后续之用。

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AR尺子使用示例（测量长度 & 面积） | hk01

· AR尺子的使用原理是啥？·

AR尺子使用的其实是一种激光雷达传感器，即LiDAR（Light Detection and Ranging），是激光探测及测距系统的简称。激光雷达的工作原理与雷达非常相近，即利用激光束探测目标的位置、速度等的雷达系统，可获得目标的距离、方位、高度、速度、姿态、甚至形状等资料。LiDAR以激光作为信号源，由激光器发射出的脉冲激光，打到地面的树木、道路、桥梁和建筑物上，引起散射，一部分光波会反射到激光雷达的接收器上，根据激光测距原理计算，就得到从激光雷达到目标点的距离，脉冲激光不断地扫描目标物，就可以得到目标物上全部目标点的数据，用此数据进行成像处理后，就可得到精确的三维立体图像，其准确性要比普通相机高很多。

其实，iPhone的Face ID运用的也是这个原理：苹果支持面部识别的TrueDepth相机也可以发射出一系列红外激光，不过它只能在25-50厘米的地方工作。但是激光雷达传感器的适用范围会更大，它可以在5米内工作。

· 激光雷达是如何感应深度的？·

激光雷达其实是一种ToF相机（Time-of-Flight Camera），亦被称为3D相机。3D图像数据在一些应用中可以有效补充2D数据，ToF相机不仅提供2D数据，还提供必要的深度数据。ToF相机使用人眼看不见的红外光确定深度信息（类似于蝙蝠感知周围环境的方法），传感器发出光信号，该光信号击中对象并返回传感器，然后测量反弹所需的时间，并提供深度映射功能。与其他技术相比，这提供了巨大的优势，因为其他一些智能手机仅用一个光脉冲即可测量深度，而采用这种激光雷达技术的智能手机则以阵列红外线点的形式发送出光脉冲波，并可以利用其传感器测量每个脉冲，从而创建出可绘制距离的点场并可以“网格化”空间及其内部对象的尺寸。

LiDAR为AR带来更不一样的体验 | MrMad

ToF传感器其实分为两个模组，像三星、华为等Android系统手机中之前就以加入过iToF模组的ToF相机，不过苹果公司这次搭载的是dToF模组，下图详解了两者的具体差异。

idoF与dToF模组优劣势比较 | MrMad

· 激光雷达在其他技术中的应用 ·

激光雷达其实是一种挺常见的技术，主要用于自动驾驶汽车或辅助驾驶。还用于机器人技术和无人机。像微软的HoloLens 2这种AR设备也具有类似的技术，可以在将3D虚拟物体分层之前将空间映射出来。

HoloLens 2 | Microsoft

· 激光雷达强化了AR技术 ·

能够为环境建立一个准确度极高且还具有详细深度的地图对于AR app来说至关重要。一些没那么先进的AR系统通常受限于单一视角，这就意味着，比方说深度这样的功能很容易因为光线的不足而消失。不过，对于激光雷达来说，它具备几乎随时都能即时生成准确的深度图的能力（不管环境如何）。这样一来，在任何给定的环境中都可以开发AR模型，从而实现更精确的深度感知和虚拟对象的放置。

苹果其实在AR领域已经深耕多年，并且确定了非常明确的领域发展方向，那就是——工作、学习、游戏、生活。AR非常适合用于室内设计，我们可以通过 “Sharp3D” 的测量深度技术将画面在拍摄后迅速转为3D场景模型，大量减少建模时间的同时还能依照客户的要求及时修改。

Ipad设计软件Sharp3D | Sharp3D

另外，我们也可以通过下载 “IKEA Place” app，在正式选购家具前先使用AR技术来摆放沙发、桌子、灯等，试试想要购买的家具是否跟家中环境相搭。

宜家AR app IKEA Place | Architect Magazine

此外，许多公司都希望能够通过依赖于拥有先进的3D地图来实现将虚拟对象分层，研发出可以将虚拟对象与真实对象融为一体的头戴设备，比方说AR眼镜（除了苹果，Facebook、高通、Snapchat，微软以及Magic Leap目前也都正在开发此项技术）。

Apple AR glasses | Tom’s guide

·  LiDAR为AR带来的设计挑战 · 

尽管LiDAR会为AR带来巨大的推动，但也有一些设计挑战有待解决。LiDAR开发人员其实很在意 LiDAR的系统功率和产生的热量。因为在某些情况下，LiDAR系统中使用的雪崩光电二极管（avalanche photodiode，APD）和激光器可能需要数百伏电压才能工作，这是普通智能手机所不具备的条件。

LiDAR电气架构 | Analogue Devices

LiDAR其实算是一种比较老的技术，不过鉴于其为AR带来的好处，如今已找到新的用途。苹果把LiDAR技术添加到iPhone12 pro这一行为算是迈出了向我们的日常设备加入AR功能的一步。尽管LiDAR面临的设计挑战还有很多，但它的优势还是多于劣势。相信随着科技的不断进步，AR在不远的将来会变得越来越普及。

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文章 / 韦肖葳

指导 / 于寅虎

封面 / 赵景平