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3D 立体影像传感技术 数码相机只能取得平面彩色影像，完全没有深度的资讯，这代表当我们看到一张照片，只知道这个人的脸部有多宽多高，却不知道他脸部的立体结构，例如：鼻子有多挺（有多深），为了取得影像的深度资讯，近年来许多厂商投入研发，目前比较成熟的技术有下列两种： TrueDepth 相机 苹果将 iPhone X 所使用的 3D 立体影像传感技术称为“TrueDepth 相机”，采用结构光方案实现，结构如图 1 所示，TrueDepth 相机为 700 万像素的 CMOS 影像传感器，配合红外光相机、泛光照明器、接近传感器、环境光传感器、点阵投射器等组件，以下简单介绍每个组件的功能： 1. 泛光照明器（Flood illuminator）：使用低功率的垂直共振腔面射型激光（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL），发射出“非结构”（Non-structured）的红外光投射在物体表面。 2. 接近传感器（Proximity sensor）：使用低功率的垂直共振腔面射型激光发射红外光激光，当有物体靠近时会反射激光光，因此手机可以知道有物体接近，这个组件很早之前智能手机就有了，一般都是安装在扩音器（Speaker）旁边，当使用者拨电话并且将手机靠近耳朵时，接近传感器侦测到耳朵接近就知道使用者正要讲电话，会自动关闭屏幕节省电力消耗。 3. 环境光传感器（Ambient light sensor）：使用光二极体（Photo diode）可以侦测环境光亮度，在明亮的太阳下使用者眼睛瞳孔缩小，因此自动将屏幕调亮让使用者容易观看；在阴暗的室内使用者眼睛瞳孔放大，因此自动将屏幕调暗避免使用者感觉太刺眼。 4. 点阵投射器（Dot projector）：使用高功率的垂直共振腔面射型激光发射红外光激光，经由晶圆级光学（Wafer Level Optics，WLO）、绕射光学组件（Diffractive Optical Elements，DOE）等结构，产生大约 3 万个“结构”（Structured）光点投射到使用者的脸部，利用这些光点所形成的阵列反射回红外光相机（Infrared camera），计算出脸部不同位置的距离（深度）。  ▲ 图 1：iPhone X 使用的 3D 立体影像传感技术。（Source：苹果）Face ID 解锁原理与步骤 Face ID 解锁主要分为两个步骤，首先必须辨识接近手机的是否为刻意靠近的脸部，或者只是使用者不小心由手机前面晃过去而已；确认是刻意靠近的脸部之后，才开始进行人脸辨识，从前面的介绍可以发现，启动 Face ID 解锁必须同时开启好几个组件，是有些耗电的，因此必须确认是刻意靠近的脸部之后，才开始进行人脸辨识。 当有脸部或物体靠近时，会先启动接近传感器（Proximity sensor），再由接近传感器发出讯号启动泛光照明器（Flood illuminator），发射出非结构（Non-structured）的红外光投射在物体表面，再由红外光相机（Infrared camera）接收这些反射的影像资讯，传送到手机内的处理器，iPhone X 使用苹果自行开发的 A11 处理器，内建双核心的“神经网络引擎”（Neural Engine，NE），经由人工智能的运算后判断为脸部后，再启动点阵投射器（Dot projector）产生大约 3 万个光点投射到使用者的脸部，利用这些光点所形成的阵列反射回红外光相机（Infrared camera），计算出脸部不同位置的距离（深度），再将这些使用者脸部的深度资讯传送到手机内的处理器内，经由计算比对脸部特征辨识是否为使用者本人。 所有的 3D 立体影像传感技术都面临相同的问题，那就是深度资讯的精确度实际值大约只有 1%，意思是距离 1 米远的物体量测出来的精确度与误差大约是 1 公分的等级；Face ID 解锁时脸部与手机的距离大约 10 公分，因此精确度与误差大约是 1 毫米（mm）的等级，这大概足够进行脸部特征辨识了！此外，点阵投射器使用高功率的垂直共振腔面射型激光发射红外光激光，虽然它的功率并不是真的很高，但是入射到眼睛，个人以为长期使用是否会造成眼球的伤害，是另外一个值得医学界研究探讨的问题。
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发表于 2018-7-2 18:07
