在蘋果推出TrueDepth相機的臉部辨識功能后,Android陣營可望在2018年跟進,進而讓臉部辨識相關(guān)供應(yīng)鏈大幅受益。 但有趣的是,指紋辨識也不是省油的燈,屏下辨識預計會在2018年第2~3季量產(chǎn)。

上述現(xiàn)象使得指紋與臉部辨識的大對決,將在2018年于智能型手機上正式搬演,較可惜的是,虹膜辨識恐還只有在旁以冷板凳觀賽的份。

蘋果(Apple)近期于iPhone X中大舉以3D技術(shù)采用臉部辨識,對一直以來獨占生物辨識鰲頭的指紋辨識,產(chǎn)生了不小的威脅。 除此之外,虹膜辨識如今也受到三星(Samsung)旗下手機的廣泛采用。 不過,不同于臉部辨識目前是挾著3D技術(shù)在市場上普及,仍作為2D技術(shù)的虹膜辨識,究竟能否引起三星以外其他手機廠牌在技術(shù)上的跟進,還是很大的未知數(shù),因此其發(fā)展之路預期在近期內(nèi)還不會出現(xiàn)明顯里程碑, 因而難以在指紋與臉部辨識的2018大對決中,有其鮮明意義。

指紋辨識老兵不死 走入屏下將成新趨勢

蘋果在iPhone X中取消指紋辨識,改采臉部辨識,此舉引發(fā)不少分析人士看壞指紋辨識技術(shù)的發(fā)展前景。 不過,指紋辨識模塊制造商金佶科技則指出,目前銀行ATM亦已大規(guī)模采用指紋辨識技術(shù),其足以證明市場對指紋辨識的高度信任,且再加上明年指紋辨識將可順利與顯示器直接整合,形成屏下辨識方案, 因此勢必會與臉部辨識在市場上形成長期共存。

金佶科技資深副總經(jīng)理蕭文雄表示,若以智能型手機應(yīng)用來看,2018年臉部辨識與指紋辨識將會同時存在,而Android陣營的臉部辨識現(xiàn)階段要達到3D,會有相當困難,因此將會采用2D技術(shù)進行臉部辨識, 并輔以初階的真?zhèn)伪孀R來防止圖片造假。 針對這種混合型的技術(shù)架構(gòu),目前金佶已有相對應(yīng)的解決方案。

蕭文雄進一步指出,在2018年,指紋辨識將會大步邁向屏下辨識,也就是改采與顯示器直接整合的設(shè)計架構(gòu)。 目前大多數(shù)手機是在Home鍵上進行指紋辨識(圖1),屏下辨識則可讓原本必須外露的指紋辨識組件隱藏在屏幕下。 因為不再需要一個額外的區(qū)域來安裝傳感器,因此手機屏幕的占比得以變得更大。

此外,據(jù)供應(yīng)鏈人士指出,蘋果之所以在iPhone X中放棄指紋辨識,主要原因是屏下指紋辨識的技術(shù)成熟度跟量產(chǎn)時程趕不上iPhone X量產(chǎn)的腳步,因此iPhone X無法保留指紋辨識功能。 對iPhone X開發(fā)團隊而言,透過全屏幕實現(xiàn)全然不同的用戶體驗,才是最高指導原則。

對于這個說法,蕭文雄坦言,目前光學指紋辨識的成熟度跟量產(chǎn)能力確實還無法達到滿足智能型手機需求的水平,但等到2018年,光學屏下指紋辨識技術(shù)將會相當成熟。 以目前的狀況看來,在2018年第2~3季量產(chǎn)已確定沒有問題。 因此,指紋辨識和臉部辨識未來還是有機會在市場上共存,不會形成臉部辨識淘汰指紋辨識的局面。

事實上,指紋辨識在智能型手機的應(yīng)用商機不會消失,只是必須改采其他技術(shù)原理,以便讓手機業(yè)者得以設(shè)計出「隱形」的指紋辨識,把更多空間留給屏幕。 除了光學技術(shù)外,中國手機品牌Vivo也已于今年中旬于上海MWC發(fā)布基于高通(Qualcomm)超音波指紋感測的隱形指紋技術(shù)。 高通最新的超音波指紋感測技術(shù)可穿透厚度達800μm的外蓋玻璃,或是厚度達650μm的鋁板,性能表現(xiàn)超越僅可穿透400μm玻璃或金屬的前一代技術(shù)。 根據(jù)高通的預測,終端裝置將可望在2018上半年進入市場。

蕭文雄分析,超音波與光學指紋辨識解決方案的差異在于,超音波的技術(shù)難度著實比較高,由于超音波的方向性較差,因此發(fā)出的波是發(fā)散性的,須透過固定的聲音速度來推算指紋波峰與波谷的差異,并再運用音波傳感器進行接收。 而光學方案的原理則與照相機相似,透過CMOS圖像傳感器拍下影像,伴隨每個人的指紋凹凸不同,因此影像的明暗程度不相同,進而可得出不同指紋的圖片。

虹膜辨識定位不清 未來發(fā)展恐受阻

相形之下,虹膜辨識目前在智能型手機市場上的定位,似乎不是很清楚。 舉例而言,高通多媒體研究發(fā)展工程部副總裁張建中認為,因虹膜辨識是運用眼睛部位的虹膜進行辨識,其是2D平面的感測,并非像臉部辨識是運用人臉上的鼻子、眼睛、嘴巴等立體部位進行3D辨識, 因此若要采用3D技術(shù)進行虹膜辨識的可能性現(xiàn)階段還看不到。

以技術(shù)層面來看,在多數(shù)手機中皆已具備的指紋辨識,現(xiàn)是分成兩種技術(shù)來實現(xiàn),一是電容指紋辨識,該技術(shù)運用電容感測來感應(yīng)出完整的指紋輪廓,二是光學指紋辨識,其是透過IR LED與CMOS圖像傳感器取得2D指紋影像。 針對這兩項技術(shù)的發(fā)展進程,蕭文雄分析,未來手機的屏下辨識將只能運用光學或超音波技術(shù)來達成,因此當屏下辨識開始被市場逐步采用后,將勢必對電容技術(shù)形成很大的沖擊。

在虹膜辨識的部分,則是以IR LED技術(shù)來完成,其運用IR LED與CMOS圖像傳感器,對2D平面的圖像進行比對與辨識。 而蘋果iPhone X的臉部辨識,則是采用小于1nm光波的VCSEL,并運用時差測距(Time of Flight, ToF)技術(shù),藉由30,000個雷射光源點打出、彈回的時間,來以頻率(Clock) 推算出智能型手機與臉部各部位之間的距離,再根據(jù)臉部各點與點之間的距離差異,來辨識出人臉的立體輪廓。

若將這三項辨識技術(shù)進行詳細比對,便會發(fā)現(xiàn),iPhone X的臉部辨識因采用了3D技術(shù),使TrueDepth相機除了可應(yīng)用在臉部辨識外,更為手機帶來了許多創(chuàng)新功能,如人像模式自拍、Animoji(圖2)等。 對此,蕭文雄認為,TrueDepth相機雖實現(xiàn)了臉部辨識,但事實上,3D技術(shù)很重要的方向是為了開發(fā)AR/VR應(yīng)用,而不只是為了臉部辨識,因此手機的AR/VR應(yīng)用勢必會在2018年以及未來有非常高的發(fā)展性。

雖臉部辨識究竟能不能取代指紋辨識,現(xiàn)階段還是未知數(shù),但可以得知的是,就算最終臉部辨識因為各種破解方式過于泛濫,而無法取代指紋辨識,伴隨TrueDepth相機而來的3D感測技術(shù)與VCSEL商機,并不會消失,因AR/ VR應(yīng)用帶來的價值,將持續(xù)鞏固TrueDepth相機存在的必要性。

相較之下,虹膜辨識的存在性顯得有些危險,雖其與指紋辨識皆是采用非3D技術(shù),但指紋辨識已在市場上普及多年,除了放在手機之中,近年更廣泛使用在機場通關(guān)系統(tǒng)、銀行ATM、門鎖、保險箱等裝置。 可惜的是,虹膜辨識如今除了應(yīng)用在手機之外,其他應(yīng)用仍寥寥可數(shù)。 此外,其所發(fā)射出的光源,將長期直接對準用戶的雙眼,而非如臉部辨識對準的是用戶的整體臉部,因該特性而引發(fā)的眼部不適問題,目前也是該技術(shù)的明顯弱點。

鎖定中國手機需求 縱慧強打VCSEL 3D感測方案

然而,在iPhone X采用3D深度感測技術(shù)后,Android手機將于何時導入該技術(shù),讓人引頸期盼。 目前中國VCSEL芯片與模塊供貨商縱慧光電正鎖定華為、小米、Vivo、Oppo等手機品牌客戶進行接觸,希望讓自家解決方案打進中國手機品牌的供應(yīng)鏈。

國際半導體產(chǎn)業(yè)協(xié)會(SEMI)日前于新竹豐邑喜來登飯店舉辦3D深度感測暨VCSEL技術(shù)研討會,其中,新成立的中國半導體公司縱慧光電也參與分享。 該公司成立于2015年12月,總部位于上海,為委外代工的IC設(shè)計公司(Design House),主要專注于VCSEL芯片與模塊技術(shù)研發(fā)。

縱慧光電總經(jīng)理陳曉遲(圖3)表示,該公司目前與中國前五大的手機廠商皆有密切接觸,未來的供貨對象也會是以中國品牌手機為主。 而像蘋果(Apple)、三星(Samsung)等非中國大陸品牌手機廠,陳曉遲表示,暫時還沒有接觸,希望能先把中國的Android手機市場拿下。

陳曉遲預期,中國手機品牌廠最快將在2018年第二季推出搭載VCSEL組件的新款手機,而應(yīng)用亦將與iPhone X相同,用來實現(xiàn)臉部辨識與AR/VR等功能。

這樣的預期與蕭文雄預期Android陣營,將于2018年采用2D技術(shù)進行臉部辨識,并輔以初階真?zhèn)伪孀R混合方案的想法有明顯差異。 據(jù)了解,雖VCSEL組件的提供現(xiàn)已不是大問題,但考慮到各手機品牌廠,在與3D感測技術(shù)相關(guān)的軟件、算法上的投入資源與開發(fā)進度皆有不同,因此這兩種情況確實都有發(fā)生的可能,且同時發(fā)生的可能性也不小。

VCSEL組件是屬于光學感測技術(shù)其中的一種,目前光學感測的范圍可從1公分、10公尺、100公尺,甚至到1,000公尺,因此可使用光學技術(shù)做為感測組件的應(yīng)用不僅是手機,還包括自駕車、無人機等。 而光學感測的主要發(fā)光源(圖4)包括LED、Solid State、側(cè)射型半導體雷射(Edge EmitTIng Laser, EEL)、單一面射型雷射(Single VCSEL)、數(shù)組面射型雷射(VCSEL Array)五種。

陳曉遲分析,隨著溫度的變化,一般的EEL光穩(wěn)定性為0.3nm/oC,而VCSEL的光穩(wěn)定性則為0.07nm/oC,當EEL光穩(wěn)定性不足時,將導致光源過濾器必須做得非常寬,使得不必要的光線噪聲將很容易進入、形成干擾。 相較之下,VCSEL由于轉(zhuǎn)換(Shift)較小,也就能有效地控制好光源過濾器(IR Filter),進一步讓組件測量的距離可以更遠。 這因而使得VCSEL組件,成為這些光學感測組件中實現(xiàn)3D感測技術(shù)的理想選擇。