Face ID —泰克和苹果擦出了什么火花?

EDN电子技术设计 发表于 2018-03-01 15:09:18 收藏 已收藏
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Face ID —泰克和苹果擦出了什么火花?

EDN电子技术设计 发表于 2018-03-01 15:09:18

 前言

在库克口中被描述为“定义未来智能手机形态”的新款旗舰机iPhoneX,开创技术先河,采用3D 人脸识别Face ID,即将颠覆智能手机用户的使用体验。泰克科技全程参与Face ID技术的量产测试,为这个耀眼的未来科技实现商用化提供了坚实而精准的合作支持。

那么,这两个高科技公司究竟擦出了什么火花呢?

iPhoneX的炫酷技术Face ID

iPhone X 是如何实现对脸部三维信息的捕捉获取的?它的前置黑色齐刘海由8个元件组成,与人脸识别相关的元件包括:Infrared camera(红外相机)、Flood illuminator(泛光照明灯)、Proximity Sensor(距离传感器)、Ambient light sensor(环境光传感器)和Dot projector(点阵投影器)。

图1: iPhoneX Face ID 主要元件。

其中,发布会的这张新闻照片令人印象深刻:实现人脸识别的红外线通过点阵投影,在面部形成30000多个红外点,再利用红外相机拍摄,根据系统中一定的算法对扫描到的脸部轮廓进行三维建模,匹配识别。

图2:iPhone Face ID 人脸识别。

这些红外线在人脸识别中扮演了重要角色,那么它们是如何产生的?

来自VCSEL面发射激光器的光

Face ID使用某波段的近红外激光,结合TOF和结构光的建模技术,进行3D 建模和匹配识别。

图3:结构光建模技术。

图4:TOF 建模技术。

几乎所有现代的激光都由激光二极管产生,这里不得不提到目前光电行业里最炙手可热的名词: VCSEL (Vertical Cavity Surface Emitting Laser)垂直腔面发射激光器,它属于面发射激光器的一种。

VCSEL的四大特性极其适用于手机3D 传感的应用,业界预测VCSEL的产量在未来几年因光通讯,手机3D摄像头,LiDAR应用呈爆发式增长:

类半导体制程可直接在Wafer上完成工艺制作与测试,成本低廉,适于大规模商用。

相比边沿发生激光器,VCSEL可集成为2D阵列,适用不同光功率和传输距离的应用。

波长稳定,尤其是环境温度对光波长的影响小。

光斑窄且圆、阈值电流小,功耗低。

泰克旗下的Keithley 品牌的源表(SMU)和高精度高采样万用表(DMM)是光电行业VCSEL激光器、各类激光二极管、光电二极管、二极管等光学器件的行业测试标准。随着科技的日新月异,新的测试挑战也层出不穷,泰克科技的测试仪器也与时俱进,参与到最先进的未来科技Face ID的测试中。

从VCSEL Array测试到吉时利 源表、采样电流计

VCSEL和 VCSEL Array,以及各类激光二极管的标准检测有很多重要参数要测量,来表征一个激光器的LIV (光-电流-电压)特性。其中一项是激光器发光功率的测量。

图5:激光二极管的部分典型参数测试

依据ANSI美国国家激光安全标准规定,各波长的激光有对应的功率输出上限,以保护人体尤其人眼安全。而近红外光激光应用于3D人脸识别,注视感知,实现真正的大规模商用,使用者的安全是第一要素。因此,VCSEL Array的光功率测试在Face ID的量产测试中变得至关重要,必不可少。

使用吉时利的源表和采样电流计搭建标准的激光器光功率测试系统:源表作为精密的电流脉冲源,驱动激光器发出不同波长的激光,激光通过特制的积分球进行收光和光电转换,然后使用采样电流计进行超小电流的快速采样,来精准测算激光器发出的激光功率。经典的测试原理,还要结合测试仪器卓越的性能和指标才能够完成一个复杂而挑战的测试系统的搭建。

图6:典型的激光器光功率测试原理。

当不久的将来,果粉们体验炫酷的3D 人脸识别功能的时候,别忘了在这些尖端科技的研发和商用背后,泰克科技都在保驾护航。

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