如何將蘋果iPhone X的Face ID應用至國產手機？ [劉延]
本文為Soomal讀者投稿，轉載請獲得作者至少口頭同意。本文約2500字，結算稿酬600元，感謝劉延網友投稿支持，擁有這樣的高素質讀者是我們非常自豪的事情，因為你們牛，所以我們才硬氣。
Apple 蘋果 iPhone X 智能手機 - 聽筒iPhone X如期而至，螢幕從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140萬圖元的紅外攝像頭。
Apple 蘋果 iPhone X 智能手機 - 對比iPhone 8 Plus當然，螢幕上的問題已經解決了。根據供應鏈消息，iPhone X的螢幕異形切割面板來自于三星，然而三星並沒有把最好的螢幕提供給蘋果，
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，它倆的螢幕模組，都是國內上市公司長信科技旗下的德普特提供，這家公司技術來自于當年iPhone 螢幕模組技術團隊，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，泛光感應元件裡的VCSEL晶片會發出若干個紅外光，紅外光反射回後由紅外攝像頭捕捉，判斷是否是人臉資訊。
3：如果經由判斷是人臉資訊，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人臉資訊，進行人臉的圖像資訊提取，經由A11仿生處理器的比對，得出人臉識別資訊。
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140萬圖元的紅外攝像頭。難就難在點陣投射器上。那麼，點陣投射器是什麼？
淘寶上的鐳射投影鍵盤沒錯，點陣投射器的原理，和上面這些“淘寶爆款”是一毛一樣的。點陣投射器的核心元件為VSCEL[垂直腔面鐳射發射器，Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser]和WLO[光學陣列元件，Wafer-Level Optics]。VSCEL是一個低功耗紅外鐳射發射器，WLO則是一塊刻有特定圖案的特殊的鏡片，鐳射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，鐳射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雷射器的亮度和接近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，蘋果宣佈他們的 “先進製造基金”（Advanced Manufacturing Fund）向鐳射晶片供應商 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 晶片的研發中心。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、准直、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 智慧手機 - “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 智慧手機 - 鐳射陣列元件的微距圖
Apple 蘋果 iPhone X 智慧手機 - 鐳射陣列元件的微距圖 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V10一起發佈的，來自舜宇光學的解決方案。然而從發佈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。 在臺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。
廠商產品或服務 奇景光電WLO光學元件，Laser驅動IC、模組組裝高精度主動對準技術、高效能近紅外CIS（1MP和5.5MP）、3D深度地圖ASIC
3D深度地圖演算法
協力廠商laser、近紅外鏡頭、紅外濾光片、半導體工廠、模組封裝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慧手機結構光3D Sensing整體解決方案的關鍵，其支援極低功耗機器視覺，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和准直投影技術，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，二期專案投資規模將高於一期專案的8000萬美元，設備將在2018年內搬入，並貢獻產能。 提供方核心技術備註 奇景光電+高通奇景光電提供包括WLO、近紅外CIS等關鍵部件，高通提供演算法已與國內一線手機廠商達成合作，搭載手機產品有望18年中出貨歐菲光排他性合作，舜宇、三星均有入股
奧比中光提供紅外鐳射發射、接收裝置，核心演算法晶片體感模組已實現量產出貨，客戶包括樂視、酷開、海信、TCL、創維等；與支付寶合作支持“刷臉”支付 華捷艾米紅外鐳射發射、核心演算法晶片奧比中光的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。
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，泛光感應元件裡的VCSEL晶片會發出若干個紅外光，紅外光反射回後由紅外攝像頭捕捉，判斷是否是人臉資訊。
3：如果經由判斷是人臉資訊，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人臉資訊，進行人臉的圖像資訊提取，經由A11仿生處理器的比對，得出人臉識別資訊。
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140萬圖元的紅外攝像頭。難就難在點陣投射器上。那麼，點陣投射器是什麼？
淘寶上的鐳射投影鍵盤沒錯，點陣投射器的原理，和上面這些“淘寶爆款”是一毛一樣的。點陣投射器的核心元件為VSCEL[垂直腔面鐳射發射器，Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser]和WLO[光學陣列元件，Wafer-Level Optics]。VSCEL是一個低功耗紅外鐳射發射器，WLO則是一塊刻有特定圖案的特殊的鏡片，鐳射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，鐳射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雷射器的亮度和接近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，蘋果宣佈他們的 “先進製造基金”（Advanced Manufacturing Fund）向鐳射晶片供應商 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 晶片的研發中心。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、准直、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 智慧手機 - “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 智慧手機 - 鐳射陣列元件的微距圖
Apple 蘋果 iPhone X 智慧手機 - 鐳射陣列元件的微距圖 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V10一起發佈的，來自舜宇光學的解決方案。然而從發佈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。 在臺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。
廠商產品或服務 奇景光電WLO光學元件，Laser驅動IC、模組組裝高精度主動對準技術、高效能近紅外CIS（1MP和5.5MP）、3D深度地圖ASIC
3D深度地圖演算法
協力廠商laser、近紅外鏡頭、紅外濾光片、半導體工廠、模組封裝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慧手機結構光3D Sensing整體解決方案的關鍵，其支援極低功耗機器視覺，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和准直投影技術，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，二期專案投資規模將高於一期專案的8000萬美元，設備將在2018年內搬入，並貢獻產能。 提供方核心技術備註 奇景光電+高通奇景光電提供包括WLO、近紅外CIS等關鍵部件，高通提供演算法已與國內一線手機廠商達成合作，搭載手機產品有望18年中出貨歐菲光排他性合作，舜宇、三星均有入股
奧比中光提供紅外鐳射發射、接收裝置，核心演算法晶片體感模組已實現量產出貨，客戶包括樂視、酷開、海信、TCL、創維等；與支付寶合作支持“刷臉”支付 華捷艾米紅外鐳射發射、核心演算法晶片奧比中光的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。