泰克科技和Face ID的那些事兒

在庫(kù)克口中被描述為“定義未來(lái)智能手機(jī)形態(tài)”的新款旗艦機(jī)iPhoneX，開創(chuàng)技術(shù)先河，采用3D 人臉識(shí)別Face ID，即將顛覆智能手機(jī)用戶的使用體驗(yàn)。泰克科技全程參與Face ID技術(shù)的量產(chǎn)測(cè)試，為這個(gè)耀眼的未來(lái)科技實(shí)現(xiàn)商用化提供了堅(jiān)實(shí)而精準(zhǔn)的合作支持。

那么，這兩個(gè)高科技公司究竟擦出了什么火花呢?

iPhoneX的炫酷技術(shù)Face ID

iPhone X 是如何實(shí)現(xiàn)對(duì)臉部三維信息的捕捉獲取的?它的前置黑色齊劉海由8個(gè)元件組成，與人臉識(shí)別相關(guān)的元件包括：Infrared camera(紅外相機(jī))、Flood illuminator(泛光照明燈)、Proximity Sensor(距離傳感器)、Ambient light sensor(環(huán)境光傳感器)和Dot projector(點(diǎn)陣投影器)。

圖1. iPhoneX Face ID 主要元件

其中，發(fā)布會(huì)的這張新聞?wù)掌钊擞∠笊羁蹋簩?shí)現(xiàn)人臉識(shí)別的紅外線通過(guò)點(diǎn)陣投影，在面部形成30000多個(gè)紅外點(diǎn)，再利用紅外相機(jī)拍攝，根據(jù)系統(tǒng)中一定的算法對(duì)掃描到的臉部輪廓進(jìn)行三維建模，匹配識(shí)別。

圖2. iPhone Face ID 人臉識(shí)別

這些紅外線在人臉識(shí)別中扮演了重要角色，那么它們是如何產(chǎn)生的?

來(lái)自VCSEL面發(fā)射激光器的光

Face ID使用某波段的近紅外激光，結(jié)合TOF和結(jié)構(gòu)光的建模技術(shù)，進(jìn)行3D 建模和匹配識(shí)別。

幾乎所有現(xiàn)代的激光都由激光二極管產(chǎn)生，這里不得不提到目前光電行業(yè)里最炙手可熱的名詞： VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser)垂直腔面發(fā)射激光器，它屬于面發(fā)射激光器的一種。

VCSEL的四大特性極其適用于手機(jī)3D 傳感的應(yīng)用，業(yè)界預(yù)測(cè)VCSEL的產(chǎn)量在未來(lái)幾年因光通訊，手機(jī)3D攝像頭，LiDAR應(yīng)用呈爆發(fā)式增長(zhǎng)：

1. 類半導(dǎo)體制程可直接在Wafer上完成工藝制作與測(cè)試，成本低廉，適于大規(guī)模商用。

2. 相比邊沿發(fā)生激光器，VCSEL可集成為2D陣列，適用不同光功率和傳輸距離的應(yīng)用。

3. 波長(zhǎng)穩(wěn)定，尤其是環(huán)境溫度對(duì)光波長(zhǎng)的影響小。

4. 光斑窄且圓、閾值電流小，功耗低。

泰克旗下的Keithley 品牌的源表(SMU)和高精度高采樣萬(wàn)用表(DMM)是光電行業(yè)VCSEL激光器、各類激光二極管、光電二極管、二極管等光學(xué)器件的行業(yè)測(cè)試標(biāo)準(zhǔn)。隨著科技的日新月異，新的測(cè)試挑戰(zhàn)也層出不窮，泰克科技的測(cè)試儀器也與時(shí)俱進(jìn)，參與到最先進(jìn)的未來(lái)科技Face ID的測(cè)試中。

從VCSEL Array測(cè)試到吉時(shí)利 源表、采樣電流計(jì)

VCSEL和 VCSEL Array，以及各類激光二極管的標(biāo)準(zhǔn)檢測(cè)有很多重要參數(shù)要測(cè)量，來(lái)表征一個(gè)激光器的LIV (光-電流-電壓)特性。其中一項(xiàng)是激光器發(fā)光功率的測(cè)量。

圖5. 激光二極管的部分典型參數(shù)測(cè)試

依據(jù)ANSI美國(guó)國(guó)家激光安全標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，各波長(zhǎng)的激光有對(duì)應(yīng)的功率輸出上限，以保護(hù)人體尤其人眼安全。而近紅外光激光應(yīng)用于3D人臉識(shí)別，注視感知，實(shí)現(xiàn)真正的大規(guī)模商用，使用者的安全是第一要素。因此，VCSEL Array的光功率測(cè)試在Face ID的量產(chǎn)測(cè)試中變得至關(guān)重要，必不可少。

使用吉時(shí)利的源表和采樣電流計(jì)搭建標(biāo)準(zhǔn)的激光器光功率測(cè)試系統(tǒng)：源表作為精密的電流脈沖源，驅(qū)動(dòng)激光器發(fā)出不同波長(zhǎng)的激光，激光通過(guò)特制的積分球進(jìn)行收光和光電轉(zhuǎn)換，然后使用采樣電流計(jì)進(jìn)行超小電流的快速采樣，來(lái)精準(zhǔn)測(cè)算激光器發(fā)出的激光功率。經(jīng)典的測(cè)試原理，還要結(jié)合測(cè)試儀器卓越的性能和指標(biāo)才能夠完成一個(gè)復(fù)雜而挑戰(zhàn)的測(cè)試系統(tǒng)的搭建。

圖6. 典型的激光器光功率測(cè)試原理

當(dāng)不久的將來(lái)，果粉們體驗(yàn)炫酷的3D 人臉識(shí)別功能的時(shí)候，別忘了在這些尖端科技的研發(fā)和商用背后，泰克科技都在保駕護(hù)航。