蘋果(Apple)近期於iPhone X中大舉以3D技術採用臉部辨識, 對一直以來獨佔生物辨識鼇頭的指紋辨識, 產生了不小的威脅. 除此之外, 虹膜辨識如今也受到三星(Samsung)旗下手機的廣泛採用. 不過, 不同於臉部辨識目前是挾著3D技術在市場上普及, 仍作為2D技術的虹膜辨識, 究竟能否引起三星以外其他手機廠牌在技術上的跟進, 還是很大的未知數, 因此其發展之路預期在近期內還不會出現明顯裡程碑, 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, 此舉引發不少分析人士看壞指紋辨識技術的發展前景. 不過, 指紋辨識模組製造商金佶科技則指出, 目前銀行ATM亦已大規模採用指紋辨識技術, 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理蕭文雄表示, 若以智能型手機應用來看, 2018年臉部辨識與指紋辨識將會同時存在, 而Android陣營的臉部辨識現階段要達到3D, 會有相當困難, 因此將會採用2D技術進行臉部辨識, 並輔以初階的真偽辨識來防止圖片造假. 針對這種混合型的技術架構, 目前金佶已有相對應的解決方案.
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計架構. 目前大多數手機是在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域來安裝感測器, 因此手機屏幕的佔比得以變得更大.
圖1 現行的指紋辨識大多設置在手機屏幕的下方. 圖片來源: 金佶科技
此外, 據供應鏈人士指出, 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成熟度跟量產時程趕不上iPhone X量產的腳步, 因此iPhone X無法保留指紋辨識功能. 對iPhone X開發團隊而言, 透過全屏幕實現全然不同的用戶體驗, 才是最高指導原則.
對於這個說法, 蕭文雄坦言, 目前光學指紋辨識的成熟度跟量產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將會相當成熟. 以目前的狀況看來, 在2018年第2~3季量產已確定沒有問題. 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用商機不會消失, 只是必須改采其他技術原理, 以便讓手機業者得以設計出「隱形」的指紋辨識, 把更多空間留給屏幕. 除了光學技術外, 中國手機品牌Vivo也已於今年中旬於上海MWC發布基於高通(Qualcomm)超音波指紋感測的隱形指紋技術. 高通最新的超音波指紋感測技術可穿透厚度達800µm的外蓋玻璃, 或是厚度達650µm的鋁板, 性能表現超越僅可穿透400µm玻璃或金屬的前一代技術. 根據高通的預測, 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於, 超音波的技術難度著實比較高, 由於超音波的方向性較差, 因此發出的波是發散性的, 須透過固定的聲音速度來推算指紋波峰與波穀的差異, 並再運用音波感測器進行接收. 而光學方案的原理則與照相機相似, 透過CMOS映像感測器拍下影像, 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, 並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, 因此若要採用3D技術進行虹膜辨識的可能性現階段還看不到.
以技術層面來看, 在多數手機中皆已具備的指紋辨識, 現是分成兩種技術來實現, 一是電容指紋辨識, 該技術運用電容感測來感應出完整的指紋輪廓, 二是光學指紋辨識, 其是透過IR LED與CMOS映像感測器取得2D指紋影像. 針對這兩項技術的發展進程, 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來達成, 因此當屏下辨識開始被市場逐步採用後, 將勢必對電容技術形成很大的衝擊.
在虹膜辨識的部分, 則是以IR LED技術來完成, 其運用IR LED與CMOS映像感測器, 對2D平面的映像進行比對與辨識. 而蘋果iPhone X的臉部辨識, 則是採用小於1nm光波的VCSEL, 並運用時差測距(Time of Flight, ToF)技術, 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進行詳細比對, 便會發現, iPhone X的臉部辨識因採用了3D技術, 使TrueDepth相機除了可應用在臉部辨識外, 更為手機帶來了許多創新功能, 如人像模式自拍, Animoji(圖2)等. 對此, 蕭文雄認為, TrueDepth相機雖實現了臉部辨識, 但事實上, 3D技術很重要的方向是為了開發AR/VR應用, 而不只是為了臉部辨識, 因此手機的AR/VR應用勢必會在2018年以及未來有非常高的發展性.
圖2 Animoji功能運用相機捕捉多種臉部肌肉, 來讓手機內建的卡通人物得以模仿用戶表情. 圖片來源: Apple
雖臉部辨識究竟能不能取代指紋辨識, 現階段還是未知數, 但可以得知的是, 就算最終臉部辨識因為各種破解方式過於泛濫, 而無法取代指紋辨識, 伴隨TrueDepth相機而來的3D感測技術與VCSEL商機, 並不會消失, 因AR/ VR應用帶來的價值, 將持續鞏固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採用非3D技術, 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係統, 銀行ATM, 門鎖, 保險箱等裝置. 可惜的是, 虹膜辨識如今除了應用在手機之外, 其他應用仍寥寥可數. 此外, 其所發射出的光源, 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, 因該特性而引發的眼部不適問題, 目前也是該技術的明顯弱點.
鎖定中國手機需求 縱慧強打VCSEL 3D感測方案
然而, 在iPhone X採用3D深度感測技術後, Android手機將於何時導入該技術, 讓人引頸期盼. 目前中國VCSEL晶片與模組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鏈.
國際半導體產業協會(SEMI)日前於新竹豐邑喜來登飯店舉辦3D深度感測暨VCSEL技術研討會, 其中, 新成立的中國半導體公司縱慧光電也參與分享. 該公司成立於2015年12月, 總部位於上海, 為委外代工的IC設計公司(Design House), 主要專註於VCSEL晶片與模組技術研發.
縱慧光電總經理陳曉遲(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.
圖3 縱慧光電總經理陳曉遲表示, 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.
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, 而應用亦將與iPhone X相同, 用來實現臉部辨識與AR/VR等功能.
這樣的預期與蕭文雄預期Android陣營, 將於2018年採用2D技術進行臉部辨識, 並輔以初階真偽辨識混合方案的想法有明顯差異. 據了解, 雖VCSEL組件的提供現已不是大問題, 但考慮到各手機品牌廠, 在與3D感測技術相關的軟體, 演算法上的投入資源與開發進度皆有不同, 因此這兩種情況確實都有發生的可能, 且同時發生的可能性也不小.
VCSEL組件是屬於光學感測技術其中的一種, 目前光學感測的範圍可從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做為感測組件的應用不僅是手機, 還包括自駕車, 無人機等. 而光學感測的主要發光源(圖4)包括LED, Solid State, 側射型半導體雷射(Edge Emitting Laser, EEL), 單一面射型雷射(Single VCSEL), 數組面射型雷射(VCSEL Array)五種.
圖4 五種光學感測技術特性比較圖 數據源: 縱慧光電
陳曉遲分析, 隨著溫度的變化, 一般的EEL光穩定性為0.3nm/oC, 而VCSEL的光穩定性則為0.07nm/oC, 當EEL光穩定性不足時, 將導致光源過濾器必須做得非常寬, 使得不必要的光線雜訊將很容易進入, 形成幹擾. 相較之下, VCSEL由於轉換(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3D感測技術的理想選擇.