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中国科学网报道-知象光电:让3D成像由作品变产品

发布时间:2019-08-23
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近年来,陆续有多个品牌在其智能手机上搭载3D扫描功能。这一功能简单说,就是用户打开手机的3D扫描应用,围绕扫描对象走完一圈并捕获所有角度后,手机就会生成扫描对象的3D模型。

在西安有一家从事“3D成像+人工智能”技术的创业公司——知象光电,其创始团队来自西安交通大学。团队负责人周翔告诉《中国科学报》:“手机搭载的3D相机在精度、应用等方面还不太成熟,只能满足简单的娱乐,如需要解决生活和工业上的实际问题仍需要专业的3D相机。”

“3D成像+人工智能”

“你只要坐在我们研发的电脑显示器大小的扫描仪前,将脸部对准中央位置后,扫描仪用0.1秒的时间就可以实现你左耳到右耳的全脸3D扫描和建模,并生成人脸的180°完整模型,模型精度的误差在0.1毫米以内。”

周翔介绍的是一款由知象光电研发的3D人脸扫描仪,“它的自主核心器件只有小手指大小,也许上述指标国外同行可以实现,但我们的集成度更高、成本更具优势,是国外同类产品的十分之一”。

“3D成像+人工智能”是知象光电的主攻技术,该技术需要多学科的融合。在知象光电的创始团队里,包含了仪器、计算机、光学等多个专业的交叉,并得到了美国麻省理工学院、清华大学、北京大学、西安交通大学、中国科学院西安光学精密机械研究所等多家单位的支持。

2018年,知象光电团队开发的“象芯二代”3D人工智能平台,以3D海量数据和3D人工智能算法为核心,超越传统硬件算法极限,提高数倍硬件计算性能,赋予硬件智能属性,也是“3D成像+人工智能”的技术产物。

周翔介绍道:“在安防领域,我们的技术产品能够协助行业进行三维人脸识别,从而精准确定对象身份,用于安保、刑侦、物证和身份识别等。”“小型化”“智能化”“芯片化”是知象光电发展的方向所在,这也离不开“3D成像+人工智能”技术。

当前,知象光电研发的3D人脸扫描仪不仅应用于多家整形医院,形成了三维成像的医美解决方案,而且还与牙科技工厂、口腔医院开展深入合作,推出全套牙齿3D烤瓷修复解决方案。

“团队之所以能够发展‘3D成像+人工智能’技术,得益于近年来团队积累了海量3D人脸模型库,目前已经拥有20万张高精度的华人3D人脸数据库。”周翔告诉记者,“在此基础上,团队进一步开发3D人工智能算法研发、3D人脸识别、手势交互等产品和方案,并将其融入消费电子、安防、支付等前沿技术领域。”

将所学转化为生产力

“您为什么要创业?”面对记者的提问,周翔笑着说道:“这个问题蛮有意思。一直以来,教学和科研都是我的本职工作,创业是我跟学生们萌生的一个想法,希望将所学转化为生产力。”

周翔所在的西安交通大学机械学院是一所工科学院,拥有研究微纳米制造技术和光学三维成像技术的学科平台。从在校攻读学位到留校当老师,他有着一些自己的感悟:“我们国家有这么好的大学和科研院所,每年产出的论文、专利、科研成果数以万计,我们的研究成果如何才能服务社会,变成鲜活的产品呢?”

年轻的周翔带领着一群年轻的学生开始了新的尝试,希望将高校实验室里的技术成果推向市场。2013年,周翔带领学生参加“挑战杯”全国大学生课外学术科技作品竞赛,团队凭借3D人体快速扫描仪项目获交叉创新一等奖。

很快就有企业找上门。周翔记得自己接待的第一个客户来自美容整形行业,企业希望能对美容院的人脸效果做展示。经过半年时间的研发,周翔带领学生们做出了第一台3D人脸扫描仪,并交付客户使用。“相比美容院原先的进口设备,我们的产品价格只有其十分之一,客户很满意,这也是知象光电3D人脸扫描仪第一代产品的原型机。”

2014年,全球社交巨头Facebook以20亿美元的价格收购虚拟现实头戴设备制造商Oculus,此举被外界视为Facebook为未来买单,也让VR(虚拟现实)、AR(增强现实)成为新的技术趋势,同时人工智能的技术也正趋于成熟。

周翔意识到,“3D成像+人工智能”未来必然会有广泛应用,而自己团队应该做点事情,这一年知象光电成立了。

“既然3D人脸扫描仪国外设备昂贵,国内商业化的设备又缺乏,那么我们就自己做。”周翔团队创业的初衷挺简单,他们这个小小的心愿也支撑着知象光电一路走到今天。

从作品到产品并不易

通过参加创业大赛,周翔团队将3D成像从作品变成了产品,随后客户的需求越来越多样化,订单也越来越多,但从作品到产品的历程并不容易。

尽管知象光电刚成立就拿到了订单,但周翔也清醒地意识到:“当时我们很多产品没有量产,主要以定制的方式在开发,这无法支撑一个创业团队走远。”

此前,3D扫描仪由于价格因素,主要应用于专业市场。但专业市场毕竟容量有限,周翔认为,只有将3D成像推向消费市场才能获得更大的驱动力。

在个人消费市场,3D成像技术和安全认证、人机交互、数字娱乐结合起来可以产生很多新兴的应用。比如,3D人脸识别进行移动支付、手势操控移动设备、3D扫描进行拍照效果增强等。

知象光电还开拓了针对文物保护的业务。这一业务存在诸多难点:文物的表面一般都不允许粘贴任何标志点,如果要给这些文物进行数字化建模,扫描时必须要全自动、无标志点地拼接;考虑到文物表面的各种纹路和颜色,扫描建模更是难上加难。

问题随着知象光电第三代扫描技术的诞生迎刃而解。周翔向《中国科学报》介绍说:“我们生产和研发的第三代扫描技术,主要采用扫描式激光和白光多模式结合的扫描技术,它结合了第一代纯激光扫描技术和第二代纯白光扫描技术的优点,可以达到高速度和高精度,实现对文物快速、准确的扫描。”

如今,知象光电已经有了稳定的订单和投资方,但周翔和他带领的学生创业团队想做的事情还很多。“我们有新的市场规划,但归根结底,关键技术才是我们前进的动力。我们的产品采用自主微纳米MEMS3D相机,既不同于传统的工业扫描仪器,也不同于手机等厂商推出的消费镜头,团队在底层光学芯片加入了自主研发的核心技术。”

周翔说:“技术无止境,任何核心技术的开发没有10年硬功夫就不能称其为厉害。我们的技术仍需深度挖掘、继续打造,希望未来能够推动3D相机的精度从0.1毫米向0.01毫米迈进。”

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