最近我買了一款手機—iPhone X，原因是16G的手機內存讓我深感疲憊。

可是我萬萬沒想到，iPhone X更讓我疲憊。

還有，每天讓我絕望的簡訊提示：

-「滴，您的淘寶購物車已全部入單。」

-「滴，您尾號為***6的銀行卡已成功消費6532元人民幣！」

所以現在每天回家之前，我都會...

幻想自己可以成為的樣子

是時候，帶你瞭解下「Face ID」新解鎖技術了。一個男人看了想流淚，女人看完會興奮的高科技。

其實這種面部識別解鎖功能的核心就是3D感測技術，不過這個技術所生成的立體影像不同於以往數碼相機拍攝的二維平面圖片，能夠深度感知物理對象的結構數據，我們也叫它深度攝像技術，或者3D激光掃描技術。

Face ID解鎖功能

而iPhone X所使用的3D感測技術，被稱為「TrueDepth 相機」。由700 萬像素的CMOS影像感測器配合紅外光相機、泛光照明器、接近感測器、環境光感測器、點陣投射器等組件構成，結合使用結構光以及飛時測距兩種技術。

我相信看完之後，你應該會覺得不明覺厲。。。

四個組件

泛光照明器（Flood illuminator）：使用低功率的垂直共振腔面射型激光器（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL）發射出「非結構」的紅外光投射在物體表面。

接近感測器（Proximity sensor）：使用低功率的VCSEL發射紅外激光，當有物體靠近時會反射激光，因此手機可以知道有物體接近。

環境光感測器（Ambient light sensor）：使用光二極體（Photo diode）偵測環境光亮度，在明亮的太陽光下使用者的眼睛瞳孔會縮小，因此自動將屏幕調亮讓使用者容易觀看。

點陣投射器（Dot projector）：使用高功率的VCSEL發射紅外激光，經由晶圓級光學（Wafer Level Optics，WLO）、繞射光學組件（Diffractive Optical Elements，DOE）等結構產生約3萬個「結構」光點投射到使用者的臉部，利用這些光點所形成的陣列反射回紅外光相機（Infrared camera），計算出臉部不同位置的距離（深度）。

當你看到這裡，你就可以盡情和朋友吹牛了，相信不管你說出其中哪個名詞，都可以讓別人對你刮目相看。

兩個技術

3D感測技術所用到的技術原理，其實主要有兩個，飛時測距技術原理和結構光計數原理。

飛時測距技術（Time of Flight，TOF），其實就是利用發光二極體（Light Emitting Diode，LED）或激光二極體（Laser Diode，LD）發射紅外光，照射到物體表面反射回來，由於光速（v）已知，可以通過一個紅外光感測器測量物體不同深度位置反射回來的時間（t），算出物體不同位置的距離（s）。

知識點：距離（d）=光速（V）*時間（t）。再來給大家看張圖，是不是有種恍然大悟的感覺。

飛時測距技術原理

結構光計數原理（Structured light，SL），就是利用激光二極體或數位光源處理器（Digital Light Processor，DLP）打出不同的光線圖形，經由物體不同深度的位置反射回來會造成光線圖形扭曲。

比如在我們的手指上照射出很多直線的條紋，但是由於手指是立體圓弧形，就會造成反射回來變成圓弧形條紋，但是進入紅外光感測器後就可以利用圓弧形條紋反推手指的立體結構。

事先說明，下圖的手指不是我的

結構光計數原理

原理步驟

Face ID解鎖原理與步驟

首先我們的臉部會靠近手機，啟動接近感測器，接近感測器發出信號啟動泛光照明器，發射非結構紅外光投射在臉部表面，再由紅外光相機接收反射的影像信息，傳送到手機內部處理器。

經由處理器進行演算法處理判斷為「人臉」後，啟動點陣投射器，產生大約3萬個光點投射到臉部，利用這些光點所形成的陣列反射回紅外光相機，計算出臉部不同位置的深度，再將臉部的深度信息傳送到手機內部處理器，經計算比對臉部特徵，識別是否為本人。

就是因為這個技術，我的私房錢全被花完了。。。我恨

先不痛訴血淚史了。。。

其實3D感測技術曾經在消費領域嘗試過幾次，比如Kinect遊戲配件和Leap motion手勢控制器。

近兩年的併購活動也十分活躍，如蘋果收購Faceshift，英特爾收購Movidius，索尼收購Softkinetic，以及AMS收購Heptagon和Princeton Optronics等。

Yole預測3D感測市場在2016-2022的複合年增長率為37.7%，2022年市場規模將達到90億美元。

但是3D感測領域的技術門檻較高，目前涉足研發的機構比較少。

（1）Lumentum

Lumentum是光器件行業的張三豐，江湖地位穩固且備受尊崇。2018年3月12日成功收購Oclaro，實力可謂深不可測。Lumentum的主營產品包括邊緣發射二極體激光器、光纖耦合二極體激光器和垂直腔面發射激光器。

Lumentum的專利申請涉及激光器、光學元器件、3D感測等。說個這個家公司的典型專利—US9019480B2，涉及一種TOF系統，包括:光源，用於以時鐘頻率發射光脈衝；TOF感測器，包括光電探測器，電容器和電路；光電檢測器，用於檢測光脈衝，其飛行一段時間，提供光電流；電容器，用於在第一積分週期內對光電流進行積分，而電路以兩倍的時鐘頻率反轉通過電容器的光電流的流動方向；在積分期結束時，電容提供對應於電容電壓的差分光電荷；電容器電壓與光脈衝的飛行時間有關，並可用於確定到目標的距離。

US9019480B2專利示意圖

你不知道大家是怎麼看的，我覺得OK

（2）奧地利微電子公司（簡稱AMS）

AMS是全球領先的高性能模擬集成電路設計製造商，產品主要涉及光學、環境、成像、音頻四大類。主要包括環境感測器、光譜感測裝置、光感測器、CMOS成像感測器、磁性位置感測器、流量感應裝置、智能照明管理、醫學影像感測裝置、無線連接、精確時間測量等。

AMS申請了多件關於TOF的專利，例如：WO2018041720A1（OPTICAL SENSOR MODULE AND METHOD FOR MANUFACTURING AN OPTICAL SENSOR MODULE FOR TIME-OF-FLIGHT MEASUREMENT），EP3226024A1（OPTICAL 3-DIMENSIONAL SENSING SYSTEM AND METHOD OF OPERATION），WO2017089159A（SENSOR ARRANGEMENT AND METHOD FOR DETERMINING TIME-OF-FLIGHT）等。

（3）奧比中光（ORBBEC）

奧比中光，主營3D感測器模塊等多項光學測量產品的技術開發、諮詢、服務和銷售。奧比中光主要以3D感測技術為中心，向智能客廳、機器人、智能試衣、無人駕駛等領域發展，正在不斷擴大3D感測市場份額。

奧比中光近年來申請了大量3D感測相關的專利，其中CN107884066A公開了一種基於泛光功能的光感測器及其3D成像裝置，包括：投影模組，用於投射圖案化光束；光感測器，包括：用於發射第一光束的第一光發射單元，用於發射第二光束的第二光發射單元，以及光檢測單元，用於檢測所述第一光束以判斷物體的接近距離；第一採集模組，在所述投影模組投射所述圖案化光束時採集被所述圖案化光束照射的第一目標圖像，以及在所述第二光發射單元發射所述第二光束時採集被所述第二光束照射的第二目標圖像。

通過第一光束用於物體接近度的檢測；第二光束被3D感測器中的採集模組所採集，用於為3D感測器提供泛光照明，實現接近度檢測、泛光成像等多種功能的融合疊加。

圖 CN107884066A專利示意圖

3D感測技術融合了晶元、演算法、光學、軟體等多個學科的知識，集成了光學精密儀器製造、模式識別、圖形圖像、機器學習和神經網路等多個領域的技術，對於實現手勢識別、人體骨架識別、三維測量、環境感知、避障、跟隨、三維地圖重建等功能均具有重要意義，是人工智慧、物聯網、工業4.0時代最重要的視覺感知技術。

最後溫馨提示一下，各位男同胞一定要在晚上睡覺的時候帶上頭套，否則。。。

想撞牆的那就個人，就會是你

本文作者：崔振 趙展一 趙文華

作者聯繫方式（崔振）

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