如何將蘋果iPhone X的Face ID應用至國產手機？ [劉延]

Apple 蘋果 iPhone X 智能手機 - 聽筒

iPhone X如期而至，屏幕從TFT-LCD變為異形切割AMOLED，，增加了一道「劉海」。「劉海」內，除了傳統的前置攝像頭、聽筒、距離感測器以外，加入了紅外泛光發射器、點陣投射器、以及一個140萬像素的紅外攝像頭。

過去幾年的市場證明了，iPhone的中國品牌替代品，往往都會銷量不錯。國產手機具備很多iPhone不具備的本地化特色，例如，號碼黑名單，攔截等功能。所以國產安卓陣營也早早就上了人臉識別，但大部分人臉識別集中於虹膜或是基於前置攝像頭的人臉識別。這次的「劉海」功能，似乎沒那麼容易模仿。

什麼時候國產手機能用上這項技術呢？這項技術涉及到兩個方面：屏幕、3D sensing。先來說說最簡單也最基礎的，屏幕。「劉海」涉及到屏幕的異形切割。通常來說，屏幕面板切割都是方方正正的。

Apple 蘋果 iPhone X 智能手機 - 對比iPhone 8 Plus

當然，屏幕上的問題已經解決了。根據供應鏈消息，iPhone X的屏幕異形切割面板來自於三星，然而三星並沒有把最好的屏幕提供給蘋果，三星給自家的高端AMOLED是On-Cell觸控集成，而蘋果只能退而求次，用了來自日本的Nissha的GF2外掛式觸控屏。

夏普 Aquos S2手機官方渲染效果圖

Essential Phone手機官方渲染效果圖

那麼國內誰能切呢？夏普S2、Essential Phone均採用異形切割技術，它倆的屏幕模組，都是國內上市公司長信科技旗下的德普特提供，這家公司技術來自於當年iPhone 屏幕模組技術團隊，全世界做的無邊框模組產品，幾乎都是在德普特做的。規劃產能是一個月1200萬片模組，目前產能達到了800萬，目前華為的P、M系列90%都是德普特做的。

iPhone X的3D Sensor成本預估

再來看難點，3D Sensing。 3D Sensing貴不貴？算不上貴。根據國外機構拆解結果，算上前置攝像頭，蘋果的「劉海」部分模組BOM成本大約只需要16.5美元，扣除攝像頭，只需要約10.5美元。但國產廠商買不買得到？買不到。下圖中所有廠商的產品相關產品，幾乎都和蘋果簽訂了獨家供應，根據產業鏈消息，如果他們想要賣給其他廠商，必須降低規格。

簡單點說，蘋果3D Sensing人臉識別步驟大致：

• 1：當有物體接近手機時，距離感測器(ToF)會先被啟動。

  2：距離感測器(ToF)的啟動會激發泛光感應元件和紅外攝像頭，泛光感應元件里的VCSEL晶元會發出若干個紅外光，紅外光反射回後由紅外攝像頭捕捉，判斷是否是人臉信息。

  3：如果經由判斷是人臉信息，則會啟動點陣投影器，點陣投影器會發射約三萬多個紅外結構光點，並由紅外攝像頭捕捉3D人臉信息，進行人臉的圖像信息提取，經由A11仿生處理器的比對，得出人臉識別信息。

泛光發射器可以理解為一個低功耗的紅外線燈，紅外攝像頭也問題不大，根據各路拆解，這是一個140萬像素的紅外攝像頭。難就難在點陣投射器上。那麼，點陣投射器是什麼？

淘寶上的激光投影鍵盤

沒錯，點陣投射器的原理，和上面這些「淘寶爆款」是一毛一樣的。點陣投射器的核心組件為VSCEL[垂直腔面激光發射器，Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser]和WLO[光學陣列組件，Wafer-Level Optics]。VSCEL是一個低功耗紅外激光發射器，WLO則是一塊刻有特定圖案的特殊的鏡片，激光通過鏡片便可投射出三萬個點。

紅外攝像頭下FaceID的紅外光投射效果

目前全球能給蘋果這種出貨量級別供應VSCEL的公司主要僅有三家：Lumentum、Finisar、IIVI，國內也有公司在工業領域應用。在傳統應用中，激光設備對功耗並不敏感，而LED相對亮度不足。這項技術擁有接近傳統激光器的亮度和接近LED的功耗，但成本並不便宜，因此，蘋果開始採用VSCEL之前，這種技術應用的並不多。這三大家也是接到蘋果大規模訂單後，重新開始生產消費級VSCEL產品。

蘋果很早就開始使用VSCEL產品了，早在iPhone 7系列上，蘋果就使用了VSCEL+ToF作為距離感測器使用，在AirPod上也使用了VSCEL。為了更進一步控制VSCEL的產能，蘋果宣布他們的 「先進位造基金」（Advanced Manufacturing Fund）向激光晶元供應商 Finisar 投資了 3.9 億美元。Finisar 將利用這筆投資把德克薩斯州謝爾曼市的一個 70 萬平方英尺的工廠改造成一個用於開發 VCSEL 晶元的研發中心。預計這個研發中心會在明年下半年開放。

DOE工作基本原理圖

這片鏡片的製造難度也不小。鏡片的學名叫做衍射光學元件（DOE，Diffractive Optical Elements）是一塊3D表面結構複雜的光學鏡片，其通過光源發射出的光束整形和分束形成特定光學效果，如均勻化、準直、聚焦、形成特定圖案等。其原材料為目前主流光學材料，如玻璃、樹脂等。 製造方面與半導體製造類似，需要光刻機、光刻膠等。因此有能力生產WLO元件的廠商，並不多，蘋果的WLO元件來自SUSS MicroOptics。另一家有能力大規模生產消費級WLO的，則是台積電。

WLO製作流程

另一個難點則是模組小型化與組裝。 由於光學與結構限制，大家看到的「劉海」部分，結構並不小。如下圖所示，點陣投射器厚度已經達到了5.11mm厚度，再多就真的塞不下去了。蘋果選擇雙層PCB堆疊的原因之一也在於此，太厚，PCB空間又被壓縮了。

Apple 蘋果 iPhone X 智能手機 - 「劉海」的內部結構

組裝方面，良率也是非常大的問題。蘋果對光軸指標要求非常高，需要IR-RGB、投影，光軸控制在0.5°以內，導致前期組裝非常慢，良率非常低，據供應鏈消息，前期最好的時候也就是60%的良品率。

Apple 蘋果 iPhone X 智能手機 - 激光陣列組件的微距圖

說了這麼多，什麼時候我們才能看見國產手機用上基於結構光的人臉識別呢？ 告訴泥萌，華為已經用上啦！驚不驚喜！意不意外！和榮耀V10一起發布的，來自舜宇光學的解決方案。然而從發布會的視頻上就能看出，華為為了趕時髦，居然採用類似微軟Kinect的外置的附件方式，自然就沒有可用性。

榮耀V10的外置人臉識別攝像頭

榮耀V10的外置人臉識別攝像頭

榮耀V10的外置人臉識別攝像頭

榮耀V10的外置人臉識別攝像頭

好了，言歸正傳，我們回來說說國產手機什麼時候能用上內置的。 在台灣有一家公司叫做奇景光電，這家公司也參與了iPhone X「劉海」的供應鏈，但量太小，他們不堪寂寞，於是展開了合作：高通提供演算法，奇景光電提供大部分硬體，信利提供組裝。

SLiM方案能提供Turn-key solution，奇景光電和高通雙方共同提供3D Sensing模組。奇景光電的近紅外光感測器是智能手機結構光3D Sensing整體解決方案的關鍵，其支持極低功耗機器視覺，在近紅外光譜中具有較高量子效率。奇景光電的WLO技術具備豐富設計、量產經驗，能提供先進的DOE和準直投影技術，今年第三季度產能開始擴充。奇景光電WLO客戶包括Google、富士康、索尼、華為、夏普、酷派等廠商。

奇景光電預計2018年第一季度末SLiM方案將實現量產，預計產能為200萬/月。由於下游需求強勁，奇景光電將開展8英寸級WLO項目二期量產，二期項目投資規模將高於一期項目的8000萬美元，設備將在2018年內搬入，並貢獻產能。

奧比中光的3D識別組件

奧比中光的3D識別組件

綜上所述，最快的國產手機方案將來自於奇景光電+高通+信利，傳聞中小米和OPPO便採用的是這個方案，而首發產能僅有200萬/月，誰能搶到產能，誰就能佔據先機。鹿死誰手？未曾可知。

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