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VCSEL光束集中 iPhone X臉部掃描非它不可

文‧陳妤瑄 發布日期:2017/10/17 關鍵字:ToFIR LEDTrueDepth臉部辨識虹膜辨識

蘋果(Apple)今年推出的iPhone X中,以TrueDepth相機實現的臉部辨識技術Face ID,是最吸睛的亮點。雖然蘋果並未公開說明TrueDepth相機背後的核心技術,但考量到紅外線(IR)技術的先天限制,專家認為,該相機惟有採用光波發散角度小、光束集中的VCSEL元件,並搭配時差測距技術才有辦法實現。

交通大學光電工程學系特聘教授郭浩中表示,iPhone X內建的TrueDepth相機100%是採用垂直共振腔面射型雷射(VCSEL)元件。第一個分析面向,是從目前受惠於VCSEL的供應鏈來看,包括Lumentum、穩懋半導體、大立光等廠商所製造、代工的產品現皆已出貨。

郭浩中進一步表示,第二個分析面向,則是從技術的角度來看,若要運用IR LED技術來達成TrueDepth相機是不可能的,原因在於IR LED光波的半高寬(FWHM)約為20nm,其發散角很大。若用這種光波來掃描物件,最終得到的結果將是模糊的,解析度也比較差,不可能達成TrueDepth相機中,辨識度、安全性很高的臉部辨識。

以生物辨識來說,紅外線光波比較適合的應用領域是虹膜辨識。例如三星(Samsung) Galaxy S8/S8+所搭載的虹膜辨識功能,即是以IR LED作為光源。三星的紅外線感測模組主要是由810nm的IR LED與CMOS影像感測器組成,該模組可對2D平面的圖像進行比對與辨識。郭浩中分析,若虹膜辨識採用VCSEL技術來實現,就如同殺雞用牛刀,其必要性並不高。

郭浩中指出,VCSEL如同一種進化版的LED,該元件運用共振腔、過濾器來提高光波的同調性與指向性,這是VCSEL的光束不會像普通LED那麼發散的關鍵。但就本質而言,VCSEL最核心的技術仍是LED。

值得一提的是,VCSEL的架構很容易擴展,雖然1個VCSEL約只能發射出5mW的功率,但100個VCSEL便可發射出500mW的功率,且VCSEL雷射元件非常省電,這些因素皆讓該元件在進行陣列(Array)排列後,可順利在智慧型手機上實現3D生物辨識。

iPhone X所使用臉部辨識技術可針對3D立體圖像進行辨識,其採用小於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、彈回的時間差,來推算出智慧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,來建立人臉立體輪廓的模型。

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