究竟什么才是未來智能手機(jī)生物識(shí)別的發(fā)展重點(diǎn)

站在生物識(shí)別的岔路上，未來智能手機(jī)的發(fā)展重點(diǎn)究竟是所謂的屏幕（隱形）指紋辨識(shí)，還是3D感測？影響相關(guān)技術(shù)普及的瓶頸在哪里？為何高通、聯(lián)發(fā)科技、英特爾等主晶片紛紛布局3D領(lǐng)域？

在創(chuàng)新性技術(shù)的競賽中，蘋果（Apple）往往憑借其龐大的研發(fā)預(yù)算以及對(duì)供應(yīng)鏈的掌控力而處于領(lǐng)先地位，并讓Android陣營跟隨自己的創(chuàng)新腳步。

2013年，Apple收購了Authentic，首次將指紋辨識(shí)技術(shù)導(dǎo)入iPhone/iPad中。以三星（Samsung）、華為（Heawei）為代表的Android手機(jī)陣營隨后跟進(jìn)，讓指紋辨識(shí)技術(shù)成為智慧型手機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)配備。

2017年，Apple在iPhone X中推出了采用3D感測技術(shù)的Face ID，這使得Android陣營中以指紋辨識(shí)為主的生物辨識(shí)技術(shù)路線發(fā)生重大變化。一部份Android手機(jī)廠商仍沿用指紋路線，將前置、后置指紋辨識(shí)升級(jí)為螢?zāi)幌拢║nder Display）指紋辨識(shí)感測器，以滿足指紋解鎖和滿版螢?zāi)辉O(shè)計(jì)的雙重需求。另一部份則轉(zhuǎn)向與iPhone類似的3D感測臉部辨識(shí)技術(shù)，不過由于關(guān)鍵元件被Apple壟斷，這意味著Android陣營的大規(guī)模采用可能要到2019年。

站在生物辨識(shí)的岔路上，未來智慧型手機(jī)的發(fā)展重點(diǎn)究竟是螢?zāi)恢讣y辨識(shí)，還是3D感測？影響相關(guān)技術(shù)普及的瓶頸在哪里？為何ams這家公司會(huì)在短時(shí)間內(nèi)異軍突起？為何高通、聯(lián)發(fā)科技、英特爾等主晶片紛紛布局3D領(lǐng)域？未來在這個(gè)領(lǐng)域還會(huì)催生哪些新興技術(shù)以及像FPC或匯頂?shù)葮I(yè)者？

超音波屏幕指紋才是未來趨勢？

屏幕指紋目前也分為兩個(gè)技術(shù)路線，包括光學(xué)式螢?zāi)恢讣y和超音波螢?zāi)恢讣y。超音波螢?zāi)恢讣y在辨識(shí)指紋時(shí)不用螢?zāi)婚_啟最高亮度，超音波感測器發(fā)出的脈沖可以感應(yīng)指紋特有的孔和脊，形成3D的深度資料。與光學(xué)螢?zāi)恢讣y技術(shù)相比，具有更高的準(zhǔn)確性。從安全性來看，光電方案是平面的，超音波方案是立體的，安全性后者更高。此外，超音波訊號(hào)具有較好的穿透性，可在實(shí)現(xiàn)對(duì)于指紋辨識(shí)的同時(shí)，降低手指污垢、油脂以及汗水的干擾，在水下也不會(huì)對(duì)解鎖產(chǎn)生影響，適用范圍更廣。據(jù)了解，雖然基于超音波的螢?zāi)恢讣y技術(shù)產(chǎn)量較低且零件較貴，但超音波比光學(xué)螢?zāi)恢讣y要準(zhǔn)確得多。

目前來看，超音波方案似乎還未成熟。小米5s上曾經(jīng)用過高通超音波辨識(shí)方案，當(dāng)時(shí)效果并不理想。2017年6月，高通發(fā)布的第三代超音波指紋辨識(shí)方案，現(xiàn)場展示將手指放在螢?zāi)还潭▍^(qū)域進(jìn)行辨識(shí)才能解鎖，與目前的光學(xué)式指紋方式類似。此前華為榮耀10就采用了高通的超音波指紋辨識(shí)方案。今年下半年華為的旗艦Mate系列，或者命名為Mate20，將會(huì)再次使用超音指紋辨識(shí)。這套方案采用的是高通新的超音波指紋感測解決方案，能夠把感測器直接嵌入在玻璃或金屬底下，并在顯示面板上的任何位置捕捉指紋。

2017年FPC發(fā)布的超音波指紋同樣支援在手機(jī)顯示面板任意位置擷取與辨識(shí)使用者的指紋，支援OLED和LCD顯示器。三星的合作伙伴CrucialTec也在2017年12月獲得了與DFS（顯示器指紋解決方案）相關(guān)的美國專利，并宣布2018年正式商用。據(jù)說三星和Apple都計(jì)畫在2019年的Galaxy S10和下一代iPhone上采用超音波螢?zāi)恢讣y。而Apple也將采用自己研發(fā)的基于超音波的螢?zāi)恢讣y技術(shù)。

不過，目前螢?zāi)恢讣y辨識(shí)技術(shù)的整體反應(yīng)速度還不如傳統(tǒng)電容指紋辨識(shí)技術(shù)，加上成本太高，AMOLED資源掌握在三星手中，這進(jìn)一步限制了Android陣營在旗艦機(jī)種搭載顯示區(qū)內(nèi)指紋辨識(shí)技術(shù)的規(guī)模，因此大量的中低階手機(jī)仍將采用成本較低的傳統(tǒng)電容式指紋辨識(shí)技術(shù)。未來如果要將螢?zāi)还鈱W(xué)指紋的成本控制在8美元以內(nèi)，需要國產(chǎn)OLED螢?zāi)蝗缇〇|方等的全力配合。

3D感測成下一風(fēng)口，

Android陣營誰將追上Apple？

盡管各大廠商都在積極布局螢?zāi)恢讣y技術(shù)，但Apple在iPhone X中去掉Touch ID轉(zhuǎn)而采用3D 感測技術(shù)的Face ID還是對(duì)整個(gè)手機(jī)產(chǎn)業(yè)產(chǎn)生了重大影響。部份Android陣營也開始轉(zhuǎn)而采用Apple類似的3D感測技術(shù)，不過由于關(guān)鍵元件被Apple壟斷，3D感測技術(shù)在Android陣營的大規(guī)模普及可能要到2019年。在此之前，有不少廠商采用2D攝影機(jī)+指紋辨識(shí)的方式來實(shí)現(xiàn)部份的臉部辨識(shí)功能，但這種方式并不安全，很容易被破解。

3D感測技術(shù)市場預(yù)測

自2015年的Surface pro4開始，包含聯(lián)想、華碩、Google等品牌也嘗試推出3D感測功能的手機(jī)。目前3D感測只在手機(jī)正面，和攝影機(jī)一樣，未來也將在背面設(shè)計(jì)3D感測模組。據(jù)產(chǎn)業(yè)鏈了解，預(yù)計(jì)2019年Apple會(huì)率先上馬后置3D感測。并且背部由于對(duì)于感應(yīng)距離的要求更高，后置3D感測模組的各個(gè)環(huán)節(jié)ISP也會(huì)高于前置。

市場咨詢機(jī)構(gòu)Yoledevelopment預(yù)測，受益于消費(fèi)電子市場可以預(yù)見的爆發(fā)式成長，3D成像與感測器市場將從2016年的13億美元成長至2022年的90億美元。用于消費(fèi)電子的3D成像與感測市場將從2016年的2，000萬美元成長至2022年的60.58億美元，CAGR達(dá)到158%。Gartner則預(yù)測，到2021年，40%的智慧型手機(jī)將配備3D感測模組。

3D感測攝影機(jī)市場滲透預(yù)估

展望2018年，TrendForce旗下拓墣產(chǎn)業(yè)研究院預(yù)估，全球智慧型手機(jī)3D感測器滲透率將從2017年的2.1%成長至2018年的13.1%，Apple仍將是主要的采用者。

一些具有3D感測功能的Android手機(jī)已經(jīng)少量投放市場，例如去年發(fā)布的AsusZenFoneAR，但是這些型號(hào)并沒有像iPhoneX那樣使用感測器進(jìn)行臉部辨識(shí)。先前聯(lián)想與華碩曾推出搭載GoogleTango模組的手機(jī)產(chǎn)品，但市場反應(yīng)有限，直到2017年iPhoneX導(dǎo)入TrueDepth相機(jī)模組，才使3D感測重新受到市場關(guān)注。

雖然華為榮耀在2017年發(fā)布的V10號(hào)稱全球首款「散斑結(jié)構(gòu)光」手機(jī)，但只是在手機(jī)上增加了一個(gè)攝影機(jī)配件，談不上真正商用的3D 結(jié)構(gòu)光Android手機(jī)。除了Apple，三星和華碩外，中國大陸的小米、聯(lián)想、華為與OPPO等智慧型手機(jī)品牌都計(jì)畫推出具備3D感測功能的新手機(jī)。

三大3D感測技術(shù)及供應(yīng)鏈比較

三大3D感測技術(shù)比較

目前3D感測技術(shù)主要分為三大方向：立體相機(jī)、結(jié)構(gòu)光以及飛行時(shí)間（ToF）。包括ams、PrimeSense、MantisVision、高通/Himax、Intel、奧比中光（Orbbec）、華捷艾米在內(nèi)都是走結(jié)構(gòu)光路線，而意法半導(dǎo)體（ST）、Google/Infineon/pmd、MicroVision、 Orbbec等都使用ToF技術(shù)。在立體相機(jī)路線，包括Omnivision、ST、Osram、Lumentum、Finisar以及Iniutive、Intel/Movidius。

目前手機(jī)領(lǐng)域主要采用結(jié)構(gòu)光和ToF技術(shù)。首先是iPhoneX才用的結(jié)構(gòu)光路線。除了ams之外，Omnivision或ST同樣提供結(jié)構(gòu)光需要的全域快門NIR攝影機(jī)；ams、HiMax、Namuga以及歌爾則提供結(jié)構(gòu)NIR照明元件；此外相關(guān)的3D重建軟體供應(yīng)商則包括Apple Primesense、Mantis、Namuga與奧比中光。

至于ToF方案，事實(shí)上包括ams和ST都提供ToF近接探測器，但只支援幾個(gè)畫素，兩家公司都還未開發(fā)ToF攝影機(jī)。至于pmd、Sony/Softkinetic則提供ToF鏡頭，而Osram、Lumentum、Finisar與ams則提供NIR照明元件。其中pmd是唯一將深度感測器成功植入手機(jī)的ToF技術(shù)供應(yīng)商。在今年的CES 2018上，首次展示了其最新的3D影像感測器IRS238XC，同時(shí)展示了基于此感測器的全球最小3D攝影機(jī)模組，尺寸僅為12mm×8mm，它將使ToF深度感測3D攝影機(jī)變得更加易于整合。

3D結(jié)構(gòu)光模組當(dāng)中的結(jié)構(gòu)光發(fā)射器（即iPhone X上的Dot projector）是整個(gè)模組當(dāng)中最為核心的關(guān)鍵元件。而結(jié)構(gòu)光發(fā)射器中又包含了光學(xué)衍射元件（DOE）、準(zhǔn)直鏡頭（WLO）和VCSEL等關(guān)鍵元元件。結(jié)構(gòu)光發(fā)射器原理就是VCSEL發(fā)出940nm點(diǎn)雷射之后，透過WLO校準(zhǔn)為線性雷射，然后線性雷射照射在DOE上發(fā)生衍射，形成近千個(gè)具備調(diào)變資訊的光斑。這其中VCSEL可以說是最為核心的關(guān)鍵元件。iPhoneX中就使用了三顆VCSEL晶片。

ams是3D感測技術(shù)最佳卡位者？

在結(jié)構(gòu)光的3D感測路線中，價(jià)值最高的兩個(gè)環(huán)節(jié)是：VCSEL雷射器大約占總價(jià)值的32%，WLO大約占總價(jià)值的38%。LED inside預(yù)測，到2020年，由VCSEL和EEL組成的紅外雷射模組市場將達(dá)到19.53億美元。按照當(dāng)前VCSEL成本1.5~3美元計(jì)算，行動(dòng)端VCSEL市場將達(dá)到6.5~13.5億美元，為當(dāng)前VCSEL市場帶來20%~30%的成長。

Apple自2016年下半年開始在其AirPod中使用VCSEL。具有VCSEL晶片設(shè)計(jì)能力的公司，全球只有少數(shù)幾家，例如Lumentum、Finisar、Princeton Optronics（已被ams收購）、Heptagon、ⅡⅥ等公司，而且大多從光通訊晶片領(lǐng)域轉(zhuǎn)型到消費(fèi)電子市場。根據(jù)資料顯示，目前Lumentum是iPhone X的VCSEL晶片的主要供應(yīng)商，而Finisar是第二大供應(yīng)商，ams則是第三家供應(yīng)商。

此外，ams透過收購Heptagon，補(bǔ)全了光學(xué)感應(yīng)的產(chǎn)業(yè)鏈，向Apple提供3D感測中的WLO（3.5美元），目前除了ams外別無替代的WLO供應(yīng)商，其技術(shù)壁壘很高。收購的Princeton Optronics則生產(chǎn)VCSEL，有望在2019年殺入Apple供應(yīng)鏈。

據(jù)了解，目前ams具備從WLO介入VCSEL和CIS晶片（整合濾波器）能力。ams約有35%的營收來自Apple業(yè)務(wù)。展望未來，巴克萊分析師預(yù)測，2019年更多Android手機(jī)采用3D感測器將推動(dòng)ams的收入增加到22億歐元。雖然目前ams沒有公布任何Android新客戶，但分析師認(rèn)為，包括中國大陸的華為、小米以及韓國三星都將成為ams的潛在客戶。而根據(jù)ams投資者關(guān)系部門負(fù)責(zé)人MoritzGmeiner的透露，目前ams正在新加坡建立內(nèi)部VCSEL生產(chǎn)能力。

中國大陸廠商在VCSEL這塊起步相對(duì)較晚，但據(jù)說光通訊晶片企業(yè)光訊科技和華芯半導(dǎo)體都已具備了VCSEL晶片量產(chǎn)能力，另外，三安光電在2016年也切入了VCSEL產(chǎn)業(yè)。中國大陸新創(chuàng)公司縱慧光電也正在開發(fā)并試產(chǎn)VCSEL。不過目前這些企業(yè)大多針對(duì)光通訊領(lǐng)域，暫時(shí)還沒有能力針對(duì)手機(jī)3D感測市場量產(chǎn)VCSEL晶片。

誰將搶先量產(chǎn)？

在Apple的帶動(dòng)下，中國大陸有一大批2D攝影機(jī)企業(yè)均在大力布局3D攝影機(jī)模組，如瑞聲科技、大立光、舜宇、信利、歐菲光等，各家方案各有利弊。其中瑞聲科技重點(diǎn)布局混合鏡頭，玻璃晶圓級(jí)鏡片極具優(yōu)勢；大立光優(yōu)勢在塑膠鏡頭端，但也有玻璃產(chǎn)能；舜宇光學(xué)ToF、散斑結(jié)構(gòu)光、編碼結(jié)構(gòu)光三大主流方案均有量產(chǎn)。值得一提的是，去年舜宇和ams簽署了合作協(xié)定，兩者產(chǎn)品線互補(bǔ)，預(yù)計(jì)將加快推出3D感測機(jī)型的速度，預(yù)計(jì)中國大陸OEM首批大眾市場3D感測機(jī)型將在2018年下半年推出。

目前結(jié)構(gòu)光產(chǎn)業(yè)鏈一流供應(yīng)商皆已被Apple鎖定，中國大陸廠商在Fliter（水晶光電）、模組（歐菲光）方面具備較強(qiáng)實(shí)力，但在VCSEL、DOE、WLO、IRCIS、3D影像處理晶片方面能力較為欠缺。拓墣產(chǎn)業(yè)研究院分析師黃敬哲表示，目前生產(chǎn)3D感測模組的技術(shù)門檻主要有三：第一，高效率VCSEL元件生產(chǎn)不易，目前平均光電轉(zhuǎn)換效率僅約30%；第二，結(jié)構(gòu)光技術(shù)的必要元件DOE以及紅外光鏡頭的CIS，都需要極高的技術(shù)底蘊(yùn)；第三，3D感測模組生產(chǎn)過程需考慮熱漲冷縮的問題，提高模組組裝的困難度。這些因素導(dǎo)致現(xiàn)階段中國大陸3D感測供應(yīng)商的生產(chǎn)良率仍低。

iPhone X的3D感測模組主要是由LG旗下的電子零件制造商LG Innotek供應(yīng)。要在手機(jī)中采用3D感測實(shí)現(xiàn)人臉辨識(shí)等應(yīng)用，還必須搭配主晶片中的「神經(jīng)引擎」演算法。所以高通目前正在聯(lián)合奇景光電（Himax）提供3D解決方案，去年高通宣布下一代驍龍處理器將支援紅外3D感知技術(shù)，并且聯(lián)合Himax推出了三款基于Qualcomm Spectra ISP技術(shù)的攝影機(jī)模組專案，其中就一款是就是基于結(jié)構(gòu)光3D感測技術(shù)的攝影機(jī)模組。由高通提供演算法技術(shù)，奇景提供模組。高通似乎還與信利也進(jìn)行了合作。而傳聞中的小米7或?qū)⑹装l(fā)搭載。但是有消息稱，因高通的軟體調(diào)適進(jìn)度落后，臉部辨識(shí)成功率偏低，小米搭載3D臉部辨識(shí)功能的機(jī)型可能將延至第三季推出。

雖然高通+奇景的3D感測方案是目前Android陣營當(dāng)中相對(duì)更為成熟的方案（其內(nèi)部的DOE/WLO等多個(gè)核心元件都是基于奇景的自有技術(shù)），但是受限于需要采用高通的驍龍845晶片或者更新一代的晶片，所以三星、華為等廠商的旗艦手機(jī)可能不會(huì)直接采用，而是更為傾向于開發(fā)自己的3D演算法。

據(jù)稱華為已經(jīng)完成3D攝影機(jī)相關(guān)設(shè)計(jì)，目前接收端已經(jīng)完成挑選。預(yù)計(jì)在4月份發(fā)射端供應(yīng)鏈可形成，預(yù)期今年下半年旗艦機(jī)中華為Mate11將會(huì)首次搭載3D攝影機(jī)相關(guān)功能。有傳言稱，華為的3D演算法將由自己提供，光學(xué)部份由舜宇提供。不過也有消息稱玉晶光已打入華為，躋身為華為3D感測接收端鏡頭供應(yīng)商。

而聯(lián)發(fā)科技（Mediatek）也打算以APU供應(yīng)商的角色加入3D感測戰(zhàn)場，打算以卷積神經(jīng)網(wǎng)路（CNN），透過類似于Apple的神經(jīng)引擎來支援生物辨識(shí)。目前聯(lián)發(fā)科技已經(jīng)投資了奧比中光，該公司創(chuàng)辦人兼董事長黃源浩此前接受媒體采訪時(shí)表示，奧比中光Astra P研發(fā)成功后，已與中國大陸Top3的手機(jī)廠商展開合作，目前已經(jīng)取得實(shí)質(zhì)性進(jìn)展。雖然沒有公開宣布，但幾天前OPPO發(fā)布的3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)就是采用的奧比中光的Astra P模組。目前聯(lián)發(fā)科技全新的P系列晶片平臺(tái)將支援奧比中光3D感測攝影機(jī)。

奧比中光的核心技術(shù)優(yōu)勢在于，晶片、光學(xué)、演算法、SDK整體一套都是自己團(tuán)隊(duì)研發(fā)。從奧比中光近期公布與Applei Phone X的3D感測對(duì)比結(jié)果來看，奧比中光的3D感測模組已經(jīng)達(dá)到了接近iPhone X的水準(zhǔn)。

在中國大陸市場，類似于微信支付、支付寶等行動(dòng)支付方案已經(jīng)成為手機(jī)用戶剛需，也就是說「只要支付寶認(rèn)定哪種3D感測技術(shù)夠好，就會(huì)被中國大陸市場認(rèn)可。」巧合的是，阿里旗下的螞蟻金服成為了奧比中光投資方，這有可能進(jìn)一步左右手機(jī)廠商對(duì)3D感測供應(yīng)商的選擇。

中國大陸另一家較早布局3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)的公司是華捷艾米。據(jù)悉華捷艾米針對(duì)手機(jī)的3D感測器將在今年Q4量產(chǎn)。而立普思雙目3D攝影機(jī)模組正在與歐美系、臺(tái)系智慧型手機(jī)廠商進(jìn)行研發(fā)試樣階段，預(yù)計(jì)今年底至2019年初將正式量產(chǎn)。據(jù)了解，英特爾Real Sense雙目深度攝影機(jī)技術(shù)也在設(shè)計(jì)小型化方案，有望載入智慧型手機(jī)。立普思也是英特爾雙目方案的軟體演算法供應(yīng)商之一。

除此之外，指紋廠商也在緊密關(guān)注3D感測產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，并且有一些廠商已經(jīng)提前布局。在今年4月舉行的匯頂科技投資者交流會(huì)上，匯頂宣布其3D人臉辨識(shí)解決方案將在今年底明年初完成第一代商用產(chǎn)品開發(fā)。

據(jù)介紹，匯頂?shù)?D方案將圍繞以下幾個(gè)方面的問題有所突破：1.功耗問題。導(dǎo)入3D人臉辨識(shí)的同時(shí)并不希望導(dǎo)致手機(jī)使用時(shí)間縮短；2.成本問題。對(duì)Android和Apple手機(jī)來說，它的適用人群和手機(jī)銷售價(jià)格都差異非常大；3.交付能力。除了匯頂以外，預(yù)計(jì)到7月份還會(huì)有一些新玩家加入3D感測的競爭熱潮中。

生物識(shí)別的終極解決方案是？

無論是ToF或結(jié)構(gòu)光技術(shù)，都是滿足人臉辨識(shí)應(yīng)用的一種手段，且各有優(yōu)劣利弊，除了技術(shù)上的差異之外，其中當(dāng)然也包含成本、技術(shù)門檻與產(chǎn)品效益等問題。蔡卓邵表示，結(jié)構(gòu)光模組大約須要20~30美元的零件成本，而這些成本是否可以給廠商帶來同等值的效益回饋，這是廠商須要思考的一部份。

iPhoneX的光學(xué)中樞系統(tǒng)成本

據(jù)了解，目前雙攝影機(jī)模組成本目前約在12~25美元，是單攝影機(jī)的1.5~3倍；iPhone所使用的雙攝影機(jī)規(guī)模更為高階，成本預(yù)估超過30美元。此外，雙攝影機(jī)模組的組裝良率比一般模組要低5%~15%。對(duì)于Android陣營來說，其結(jié)構(gòu)光模組至少要做到15美元左右，才有可能挑戰(zhàn)iPhone X的系統(tǒng)成本。

實(shí)際上，即使是iPhone X的3D方案也不是沒有安全隱患，在實(shí)際測試中，雙胞胎或多胞胎都可以直接解鎖Face ID，相對(duì)于獨(dú)一無二的指紋和虹膜，3D解鎖的安全性其實(shí)不如Touch ID 。因此筆者認(rèn)為，未來Android陣營應(yīng)該仍然是以指紋辨識(shí)為主?？紤]到Android陣營的3D方案可能在技術(shù)上跟iPhoneX有一定差距，因此不少廠商可能會(huì)在背面增加一個(gè)兩美元左右的普通指紋模組。至于3D方案和螢?zāi)恢讣y同時(shí)存在的可能性不大，因?yàn)槌杀具^高，而且在設(shè)計(jì)上沒有必要。

不過，根據(jù)近日Apple的一項(xiàng)專利——用脈沖輻射檢測靜脈成像。Apple表示可以用紅外線檢測的原理來得到皮膚下方靜脈血管的影像，然后將其用作生物辨識(shí)，這樣一來辨識(shí)的安全性和準(zhǔn)確性將會(huì)變得無與倫比。由于靜脈也是獨(dú)一無二的，所以這種靜脈檢測技術(shù)其實(shí)已經(jīng)應(yīng)用到指紋辨識(shí)中，并被稱為「活體指紋」。未來有可能透過TrueDepth相機(jī)陣列實(shí)現(xiàn)3D結(jié)構(gòu)光+靜脈檢測功能，到時(shí)候「活體3D人臉辨識(shí)」可望成為手機(jī)生物辨識(shí)的終極解決方案。