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AR/VR設備的相機模組：塑造沉浸式科技未來的關鍵趨勢
創建於 10.28
AR/VR產業正經歷前所未有的增長，Statista預測全球市場規模將在2026年達到488億美元。在這一擴張的核心，存在一個終端用戶常常忽視的關鍵組件：相機模組這些微小但強大的系統是AR/VR設備的「眼睛」，使得從運動追蹤到環境映射的所有功能成為可能。隨著沉浸式技術的發展，攝像頭模組正在迅速創新，以滿足對更真實、更靈敏和更易於訪問的AR/VR體驗的需求。在本文中，我們探討了當前AR/VR攝像頭模組中最具影響力的趨勢及其對行業的影響。
1. 不妥協性能的微型化
AR/VR設備製造商面臨的最迫切挑戰之一是平衡外形因素和功能性。早期的AR頭戴式顯示器尤其笨重且不舒適，主要是由於過大的攝像頭模組。如今，趨勢無疑是朝著小型化發展，這是由於消費者對輕便、可穿戴設備的需求，這些設備可以在不感到不適的情況下使用數小時。
領先的元件製造商正藉由利用先進的微製造技術來實現這一目標。例如，高通最新的AR相機模組的尺寸僅為5x5mm，相較於2022年的型號縮小了40%。不過，這種縮小並未以性能為代價。這些微型化的模組仍然擁有高幀率（高達120fps）和寬視場（FoV）鏡頭，這對於捕捉用戶環境的全貌至關重要。
這一趨勢的影響在消費產品中顯而易見。Meta於2023年推出的Quest 3耳機，採用了四個緊湊的攝像頭模組，這些模組比Quest 2中的小30%，但提供了更優越的透視質量。這種小型化也為增強現實眼鏡開辟了新天地，例如XREAL Air 2，這款眼鏡的設計流線型，與普通太陽眼鏡相媲美，這在很大程度上得益於微型高性能攝像頭模組。
2. 向更高解析度和動態範圍邁進
隨著AR/VR內容變得越來越複雜，用戶期望視覺效果能夠反映現實生活——而攝像模組正以更高的解析度和動態範圍迎接這一挑戰。傳統的AR/VR攝像頭最高只能達到1080p的解析度，但4K模組現在已成為中高端設備的標準，8K選項則在專業級設備中逐漸出現。
更高的解析度對於關鍵的增強現實/虛擬現實功能具有變革性。例如，醫療增強現實頭戴式顯示器中的4K相機模組使外科醫生能夠以空前的清晰度查看覆蓋在病人身體上的詳細解剖掃描。在虛擬現實中，更高解析度的透視（能夠“透過”頭戴式顯示器看到現實世界）消除了“螢幕門效應”——這是一種長期困擾沉浸式設備的顆粒狀視覺瑕疵。
動態範圍是另一個進步的領域。現代的AR/VR相機模組可以處理極端的光照差異，從明亮的戶外陽光到昏暗的室內環境，無需過度曝光或不足曝光影像。這對於混合現實（MR）體驗至關重要，因為虛擬物體必須與現實世界無縫整合。像索尼這樣的公司在這方面領先，最新的IMX890感測器提供14檔的動態範圍，比前幾代提高了27%。
3. 多感測器融合以增強環境感知
單鏡頭的AR/VR設備的時代已經過去。當今的設備依賴於多傳感器融合——結合來自多個相機的數據，以及其他傳感器如加速度計和陀螺儀，以創建對用戶周圍環境的全面理解。這一趨勢是由於對更準確的追蹤、更好的物體識別和更流暢的沉浸感的需求所驅動。
一款典型的高端AR/VR頭戴顯示器現在包括多種相機類型的混合：RGB相機用於彩色視覺，深度相機用於測量距離，以及紅外線（IR）相機用於在低光環境下進行追蹤。例如，Apple Vision Pro使用12個相機模組，包括兩個6MP RGB相機、四個深度相機和三個IR相機，以支持其空間計算功能。通過融合來自這些傳感器的數據，該頭戴顯示器可以以亞毫米級的精度追蹤用戶的眼動、手勢和身體位置。
多感測器融合還能實現更先進的環境映射。SLAM（同步定位與地圖構建）是一項技術，允許設備在追蹤自身位置的同時對未知環境進行映射，透過多個攝像頭得到了極大的改善。利用來自多個角度的數據，SLAM 算法可以創建更詳細、準確的 3D 空間地圖，這對於虛擬室內設計和工業增強現實培訓等應用至關重要。
4. 低功耗設計以延長電池壽命
電池壽命一直是AR/VR設備的一個痛點。相機模組是最耗電的組件之一，因為它們不斷捕捉和處理數據。為了解決這個問題，製造商在最新的相機模組中優先考慮低功耗設計——這一趨勢在AR/VR設備變得越來越便攜的情況下變得愈加重要。
幾種技術正在促進這一轉變。其中之一是像素合併，它將來自多個像素的數據結合起來，以減少所需的處理量，從而降低功耗。例如，OmniVision 的 OV6211 感測器使用 4 合 1 像素合併，以僅 50mW 的功率提供 1080p 的解析度，這是非合併替代品功耗的一半。
另一項創新是自適應幀率。相機模組現在可以根據當前任務調整其幀率——在快速移動的虛擬實境遊戲中使用120fps，而在靜態的擴增實境應用（如閱讀文本）中降至30fps。根據虛擬實境/擴增實境協會的測試，這種動態調整可以將功耗降低多達35%。
低功耗相機模組的好處顯而易見。最新的AR眼鏡用戶現在可以在單次充電下享受長達6小時的連續使用，這比兩年前的2-3小時有所提升。對於VR頭盔來說，延長的電池壽命意味著在長時間的遊戲會議或工作會議中更少的中斷。
5. 整合人工智慧以進行智能處理
人工智慧（AI）正在徹底改變幾乎每個科技產業，而AR/VR相機模組也不例外。當今的模組越來越多地整合了設備內的AI晶片，以實現即時智能處理，減少對雲計算的依賴並改善響應時間。
AI驅動的相機模組在物體識別和場景理解方面表現出色。例如，一個增強現實零售應用可以使用內建AI的相機模組，即時識別用戶手中持有的產品，並在物體上顯示相關信息（如價格比較或評論）。在工業環境中，配備AI的相機模組可以在增強現實引導的維護檢查中檢測機械故障，提前提醒技術人員注意問題，以防問題惡化。
AI 也增強了用戶互動。具備 AI 的相機模組可以識別手勢和面部表情，而無需額外的控制器。Meta Quest 3 的手部追蹤，得益於 AI 處理的相機數據，使用戶能夠以自然的動作來操作虛擬物體，例如捏合和拖動。這種直觀的操作在早期的非 AI 相機系統中是無法實現的。
裝置內的人工智慧也解決了隱私問題。通過本地處理數據（而不是將其發送到雲端），相機模組降低了敏感信息被曝光的風險。這是企業增強現實/虛擬現實解決方案的一個關鍵賣點，數據安全是首要任務。
6. 3D感測技術的進展
3D 感測對於創造真實的 AR/VR 體驗至關重要，因為它使設備能夠感知現實世界的深度和形狀。近年來，3D 感測相機模組取得了重大進展，兩種技術引領潮流：結構光和飛行時間 (ToF)。
结构光系统将点或线的图案投射到场景上，并使用相机捕捉图案的扭曲情况。然后，这种扭曲用于计算深度。苹果公司长期以来在其Face ID系统中使用结构光技术，而该技术现在正逐渐进入AR/VR设备。结构光提供高精度（可达1毫米），但受距离限制，通常在2米以内效果最佳。
ToF 技術則是測量光從相機到物體再返回所需的時間。這使得長距離的 3D 感測（可達 10 米）成為可能，並且在各種光照條件下表現良好。三星最新的 AR 相機模組使用 ToF 技術來實現精確的空間映射，使其非常適合大型虛擬現實環境，如虛擬音樂會。
一個較新的3D感測技術是LiDAR（光檢測與測距）整合。LiDAR感測器使用激光脈衝來測量距離，並與傳統相機結合，以創建超詳細的3D地圖。Apple Vision Pro的LiDAR驅動相機模組可以在不到一秒的時間內對房間進行3D映射，使虛擬物體能夠與現實世界的表面（例如虛擬杯子放在真實桌子上）進行驚人的真實互動。
結論：AR/VR 相機模組的未來
塑造AR/VR相機模組的趨勢——小型化、更高解析度、多感測器融合、低功耗設計、AI整合以及先進的3D感測——都朝著一個共同的目標邁進：創造更具沉浸感、直觀且易於接觸的AR/VR體驗。隨著這些技術的不斷演進，我們可以期待看到更多突破性的應用，從醫療保健和教育到娛樂和企業。
對於消費者來說，這意味著更輕便、更舒適的設備，其視覺效果可與現實生活相媲美。對於企業來說，這意味著更強大的工具，用於培訓、設計和客戶互動。而對於整個AR/VR行業來說，攝像頭模組將繼續是創新的一個關鍵驅動力，推動沉浸式技術所能達到的界限。
展望未來，有一件事是明確的：AR/VR 設備的「眼睛」變得更加清晰、更智能且更高效——這對於任何想要進入更具沉浸感的世界的人來說都是好消息。
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