什么是LiDAR？在iPad Pro上有什么用？

在前不久新推出的2020款iPad Pro上，蘋果又弄了個(gè)新名詞：LiDAR，聽起來音近“萊達(dá)”，這讓我們母語是中文的國內(nèi)消費(fèi)者們，蘋果稱之為激光雷達(dá)掃描儀，第一感覺就是個(gè)很高大上、很前沿科技的東西，似乎又是個(gè)讓你買買買新iPad Pro的理由或者借口哦。那么這個(gè)LiDAR是什么，又有什么用呢？這里就給大家簡單明了講解下。

什么是LiDAR？

首先LiDAR并非是個(gè)蘋果創(chuàng)造出的營銷名詞，它全稱為“Light Detection and Ranging”，直譯為“光學(xué)偵測和定距”，這是過去更多應(yīng)用在測繪、林業(yè)、地理學(xué)等專業(yè)領(lǐng)域的一種成熟技術(shù)，比如科研機(jī)構(gòu)會(huì)在飛機(jī)上搭載LiDAR系統(tǒng)來掃描地貌、叢林，用于繪制地形圖，還有如今一些汽車上也會(huì)用到LiDAR判斷道路車況，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)輔助駕駛等，現(xiàn)在只是蘋果通過iPad Pro把它搬到消費(fèi)級(jí)市場而已。

可能這個(gè)英文會(huì)把大家看得云里霧里的，但實(shí)際上從LiDAR的中文名，“光學(xué)雷達(dá)”，可以更容易理解它是個(gè)什么東西，它與廣泛認(rèn)知的雷達(dá)（RADAR），不僅在名字上接近，其實(shí)在原理上也是很相似的，只是雷達(dá)用的是微波或者無線電，而LiDAR則采用光波來作測量介質(zhì)。

而有意思的是，蘋果在iPad Pro的中文介紹中，把LiDAR描述成“激光雷達(dá)掃描儀”，要知道，一提到激光，大家可能都會(huì)擔(dān)心這對(duì)人體，特別是人眼會(huì)不會(huì)有什么損害，實(shí)際上LiDAR一般采用波長在600-1550nm之間的近紅外作為光源，這個(gè)范圍對(duì)于人眼是相對(duì)安全的，而且iPad Pro本身是消費(fèi)電子產(chǎn)品，蘋果理應(yīng)會(huì)考慮到對(duì)人體使用安全的問題，所以大可不必過分擔(dān)心。

其實(shí)如同以前iPhone首次用電容屏，首次用指紋識(shí)別器，首次用Face ID，蘋果都是把在其它行業(yè)本來很成熟的技術(shù)和硬件，重新包裝和賦予新的用法，所以LiDAR本身不是什么非常創(chuàng)新的東西，甚至相比電容屏和指紋識(shí)別，它在變革程度上，給用戶帶來的使用體驗(yàn)改變可能還相對(duì)有限的。

iPad Pro上LiDAR的原理

在LiDAR的最基本工作原理中，主要由發(fā)射器和接收器兩部分組成，發(fā)射器會(huì)發(fā)射出激光，在觸及到物體后反射回來，被接收器捕獲，然后LiDAR會(huì)通過計(jì)算光線從射出到接收這個(gè)過程的時(shí)間，乘上發(fā)射光的速度，再除于2（射出和返回路程），從而獲得LiDAR與物體之間的距離，這是一道非常簡單的算術(shù)題，被稱為ToF（飛行時(shí)間）測量方式。

這個(gè)ToF出現(xiàn)在消費(fèi)電子產(chǎn)品上，大家可能會(huì)想起前幾年一些手機(jī)上，用到的“激光對(duì)焦”，其中的原理是比較接近的，但在iPad Pro上的LiDAR，卻遠(yuǎn)不止是為了測量設(shè)備與物體的單個(gè)距離數(shù)據(jù)，而是為了獲得高密度的深度（Depth）信息分布，簡單來講，就是iPad Pro不僅想知道它到桌子桌面的距離，還要知道四個(gè)桌角、桌腳，甚至桌子外四周圍其它物體與它的距離。

這就要求LiDAR有更高精準(zhǔn)度的測量方式，所以蘋果用到了dToF（直接測量飛行時(shí)間），能達(dá)到ps級(jí)時(shí)間分辨率，并且在準(zhǔn)確度、響應(yīng)速度上，也要被此前一些設(shè)備采用的iToF方式更快更強(qiáng)，有認(rèn)為蘋果應(yīng)該是在SPAD（Single-Photon Avalanche Diode，單光子雪崩二極管），以及TDC（Time-to-Digital Converter）這兩個(gè)dToF的關(guān)鍵部件投入了很大研發(fā)改進(jìn)，使得dToF能被應(yīng)用到iPad Pro這樣的小型設(shè)備上。

再就是LiDAR的掃描方式上，據(jù)稱蘋果選擇用到的是Flash（快閃）方案，工作時(shí)會(huì)快速發(fā)射一大片光線，能在同一時(shí)間內(nèi)獲得數(shù)量較多的距離數(shù)據(jù)，這個(gè)方案由于是非機(jī)械式掃描，所以蘋果號(hào)稱是“納秒速度運(yùn)行”，但Flash方案的掃描范圍較小，據(jù)蘋果介紹，iPad Pro最大測量5米范圍的物體距離，還算能應(yīng)付目標(biāo)大多數(shù)使用場景。

所以iPad Pro上這個(gè)LiDAR的工作過程，大致就是激光雷達(dá)的發(fā)射器通過Flash形式，脈沖出一大片光線投放到目標(biāo)探測的環(huán)境，這些光線經(jīng)過反射后回到接收器，然后利用dToF技術(shù)計(jì)算不同物體、不同部位的距離數(shù)據(jù)，再最終經(jīng)過處理成一幅3D的深度信息地圖。

由此也可以看出，LiDAR在iPad Pro的整套硬件中只是個(gè)傳感器部件，而實(shí)際使用時(shí)，它還需要與iPad Pro上其它硬件和軟件結(jié)合，比如新的后置雙攝相機(jī)、以及運(yùn)動(dòng)傳感器，并利用到A12Z Bionic的圖像視覺運(yùn)算能力，才能發(fā)揮最大的作用。

那LiDAR在iPad Pro上有什么用？

iPad Pro之所以要配備LiDAR，最主要的目的是為了AR（Augmented Realit，增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)），因?yàn)锳R需要結(jié)合周邊的現(xiàn)實(shí)世界，在屏幕上來呈現(xiàn)一些虛擬的內(nèi)容，所以便要求設(shè)備對(duì)物體遠(yuǎn)近的環(huán)境位置有感知能力，而能讓硬件讀懂這些3D空間的情況，靠的就是深度信息，也就是LiDAR所收集到數(shù)據(jù)。

為此蘋果也是布局已久，他們?cè)缭?017年就推出ARkit的開發(fā)套件，讓開發(fā)者們利用設(shè)備后置攝像頭來做AR應(yīng)用，現(xiàn)在LiDAR的加入，可以讓這些AR應(yīng)用更加精準(zhǔn)和生動(dòng)，比如iOS系統(tǒng)里面自帶的測量儀app，現(xiàn)在可以算出具體的數(shù)值，算出人的身高，還有宜家的app，有了更詳細(xì)的室內(nèi)環(huán)境空間數(shù)據(jù)，更好模擬出擺放了新家具后的情況，再就是游戲里面，角色也能看起來更融入到真實(shí)世界。

另外盡管蘋果沒有特別介紹，但從原理來看，由于LiDAR可以獲取深度信息，所以在手機(jī)相機(jī)標(biāo)配的人像模式拍攝中，可以幫助產(chǎn)生景深虛化（即模擬主體外背景模糊）的效果，這在蘋果以往的iPhone上面，主要是通過不同焦距的鏡頭，以及結(jié)合AI算法來實(shí)現(xiàn)的。

可能大家看到這里，會(huì)感覺這個(gè)LiDAR對(duì)自己的日常使用體驗(yàn)，也沒有很大用處啊，確實(shí)如果你不是有與空間測繪相關(guān)的使用需求，它絕對(duì)不會(huì)是你入手iPad Pro的理由，最多也就在剛買來時(shí)，玩?zhèn)€一兩次AR游戲，就忘掉這個(gè)功能，但你有做AR應(yīng)用、家居設(shè)計(jì)、模型繪制等工作，那么iPad Pro才會(huì)是你的生產(chǎn)力工具。

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