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| 本文作者： 7Tens | 2016-08-03 14:37 |
雷鋒網(wǎng)按：本文作者7Tens，手機(jī)行業(yè)十余年老兵。文章首發(fā)于微信公眾號(hào)“半導(dǎo)體行業(yè)觀察”（公眾號(hào)ID：icbank）。
昨晚三星舉辦了發(fā)布會(huì)，帶來了最新一代旗艦Galaxy Note 7，除了三星引以為傲的雙曲面屏外，另外新手機(jī)還搭配了之前盛傳的虹膜識(shí)別。毫無疑問，三星Galaxy Note 7將掀起下半年的安卓智能手機(jī)競(jìng)爭(zhēng)旋風(fēng)。
Galaxy Note 7的配置列表
但Galaxy Note 7的“黑科技”遠(yuǎn)不止這兩項(xiàng)。在本文，我們來深入探討一下三星新手機(jī)上的虹膜識(shí)別和Sensor Hub，帶大家進(jìn)入一個(gè)新的技術(shù)世界。
如果要給Galaxy Note 7選一個(gè)最讓人動(dòng)心的新科技，我相信應(yīng)該是虹膜識(shí)別。
自從蘋果在iPhone 5s上帶來了指紋識(shí)別以后，手機(jī)產(chǎn)業(yè)界就對(duì)這個(gè)全新的手機(jī)安全保護(hù)方式展開了瘋狂的追逐。但是傳統(tǒng)的指紋識(shí)別在安全和解鎖上會(huì)帶來一定的困擾。因此三星在其新旗艦上帶來了虹膜識(shí)別。
虹膜識(shí)別是一種生物識(shí)別方式，工作方式是通過檢查人眼球內(nèi)的虹膜結(jié)構(gòu)來達(dá)到用戶信息確認(rèn)的目的。由于人的虹膜終身不變，就算平時(shí)我們常見的近視眼、白內(nèi)障、紅眼病對(duì)虹膜也完全不會(huì)造成破壞，這些特征決定了虹膜特征以及身份識(shí)別的唯一性。
虹膜識(shí)別的主要流程分為：虹膜檢測(cè)、虹膜活體檢測(cè)和用戶身份識(shí)別。
虹膜識(shí)別的流程圖解
根據(jù)觀察，目前的虹膜識(shí)別的工作方式主要是通過紅外掃描來實(shí)現(xiàn)虹膜的解鎖，實(shí)際應(yīng)用的時(shí)候則利用一個(gè)發(fā)光二極管（紅外光）和光接收傳感器工作，在虹膜檢測(cè)時(shí)，首先打開紅外LED，紅外LED發(fā)出紅外光，打到人的眼球上再反射回來，由虹膜Camera捕捉圖片，供后端算法進(jìn)行識(shí)別。
虹膜識(shí)別的模組簡(jiǎn)約構(gòu)成
三星之所以在新旗艦上用上虹膜識(shí)別，主要是看中了其比指紋更加快速安全。由于虹膜的唯一性和識(shí)別基本不受外界影響的特性，在未來甚至還有可能取代指紋識(shí)別去執(zhí)行支付等功能。而根據(jù)我們的總結(jié)，虹膜識(shí)別的優(yōu)勢(shì)如下所示：
1、唯一性：生理學(xué)研究表明，虹膜紋理的細(xì)節(jié)特征是由胚胎發(fā)育環(huán)境的隨機(jī)因素決定的，這種紋理細(xì)節(jié)的隨機(jī)分布特性為虹膜的唯一性奠定了生理基礎(chǔ)。研究表明，即使雙胞胎、同一人左右眼的虹膜圖像之間也具有顯著的差異，自然界不可能出現(xiàn)完全相同的兩個(gè)虹膜。
2、一致性：虹膜從嬰兒胚胎期的第三個(gè)月前開始發(fā)育，到第8個(gè)月虹膜的主要紋理結(jié)構(gòu)已經(jīng)形成。同時(shí)，由于角膜的保護(hù)作用，發(fā)育完全的虹膜不易受到外界的傷害。因此，由外部物理接觸而導(dǎo)致虹膜改變的概率十分小?？茖W(xué)家們發(fā)現(xiàn)，除非經(jīng)歷危及眼睛的外科手術(shù)，虹膜紋理幾乎終生不變。
3、防偽性：清晰虹膜紋理的獲取需要專門的虹膜圖像采集裝置和用戶的配合，所以一般情況下(相對(duì)于指紋和人臉)很難盜取其他人的虹膜圖像。此外，眼睛也具有很多優(yōu)良的光學(xué)和生理特性可用于活體虹膜檢測(cè)。在人體腦死亡、處于深度昏迷狀態(tài)或眼球組織脫離人體時(shí)，虹膜組織即完全收縮，出現(xiàn)散瞳現(xiàn)象。這些生物活性與人體生命現(xiàn)象同時(shí)存在，共生共息，所以想用照片、錄像、尸體的虹膜代替活體的虹膜圖像都是不可能的，從而保證了生理組織的真實(shí)性。
4、非接觸：虹膜是一個(gè)外部可見的內(nèi)部器官，相對(duì)于指紋等需要接觸采集的生物特征更加衛(wèi)生、方便。這一點(diǎn)與指紋、臉像等人體外部器官有很大的區(qū)別：通過非接觸(甚至遠(yuǎn)距離)的采集裝置就能獲取合格的虹膜圖像。這在實(shí)際的應(yīng)用中非常重要。而且虹膜錄取完成后，不受眼睛手術(shù)，配戴墨鏡，隱形眼鏡（包括美瞳）的影響。
5、多特征點(diǎn)：相比指紋識(shí)別，虹膜識(shí)別的準(zhǔn)確度更高。虹膜測(cè)定技術(shù)可以讀取266個(gè)特征點(diǎn)，而其他生物測(cè)定技術(shù)只能讀取13-60個(gè)特征點(diǎn)。
每一種技術(shù)正如鋒利的刀，你有了它鋒利的屬性，勢(shì)必要接受其容易傷人的可能。虹膜識(shí)別也會(huì)給手機(jī)廠商帶來一些新的挑戰(zhàn)：
1、開孔多：虹膜識(shí)別需要放在手機(jī)的正面，而虹膜Camera主要是做紅外光檢測(cè)，無法進(jìn)行可見光的采集。這就使得虹膜Camera和前Camera是兩個(gè)Camera。虹膜系統(tǒng)自身就需要虹膜Camear和紅外LED兩個(gè)孔，加上手機(jī)自身的前Camera，和距離/光線傳感器（需要一個(gè)或兩個(gè)開孔），總共需要四到五個(gè)開孔。這對(duì)手機(jī)外觀設(shè)計(jì)帶來了很多不便。
2、距離限制：目前手機(jī)做虹膜識(shí)別時(shí)，需要人眼與手機(jī)在20-35cm的距離。這對(duì)用戶的易用性有一定的挑戰(zhàn)。當(dāng)然，用戶習(xí)慣后，這個(gè)問題相當(dāng)來說容易克服。
3、功能單一性：由于開啟虹膜，需要打開手機(jī)屏幕，方便用戶對(duì)準(zhǔn)眼球，所以造成虹膜功耗偏大。所以在手機(jī)上，除了做密碼，不方便做其他功能。功能較為單一。
4、隱私問題： 有些將指紋和虹膜等個(gè)人特征做為個(gè)人隱私的人，是不愿意將此類特征值公開給手機(jī)，尤其是提供給政府部門。
正如當(dāng)初蘋果引入指紋識(shí)別，撬動(dòng)了指紋識(shí)別產(chǎn)業(yè)鏈，三星這次引入的虹膜識(shí)別，也會(huì)給產(chǎn)業(yè)鏈帶來新的機(jī)會(huì)：
1、Camera Sensor
一般來說，虹膜算法只需要100個(gè)像素就可以做虹膜識(shí)別?？紤]到易用性，需要同時(shí)采集用戶的雙眼才能比較自然的使用，一般會(huì)選用2M至5M的Camera。單眼識(shí)別的話，VGA（0.3M）的Camera都?jí)蛴谩?/span>
不過虹膜對(duì)Camera還是有一定的要求的，類似雙Camera里面那顆黑白sensor一樣，需要在Camera生產(chǎn)時(shí)，不用普通的Color filter（即只通過可見光的濾光片），而采用只過紅外廣的濾光片。目前最為普遍的虹膜Camera是Sony的IMX132。但總的來說，虹膜對(duì)Camera要求不高，2M至5M的Camera就能做虹膜Camera。等虹膜成熟后，國(guó)內(nèi)的格科微，OV都會(huì)迅速跟進(jìn)。
2、虹膜模組
目前虹膜沒有大規(guī)模量產(chǎn)，所以國(guó)內(nèi)的虹膜模組主要是舜宇來供應(yīng)。
3、模組Lens
舜宇不僅生產(chǎn)模組，在光學(xué)上也有頗有研究。虹膜方面，舜宇不僅提供模組，還提供了虹膜模組所專用的Lens。此Lens也是需要只經(jīng)過紅外光，而過濾其他光。另外，Apple供應(yīng)商AAC也開始量產(chǎn)虹膜Lens。
4、紅外LED
紅外主要波長(zhǎng)是700nm-2500nm。Camera Sensor對(duì)900nm以上的紅外光感應(yīng)差，需要更強(qiáng)的光才能感測(cè)到。這就要求紅外LED更大的電流，更多的功耗。而800nm以下的波長(zhǎng)，太靠近可見光，用戶使用時(shí)可以看到紅光。所以一般虹膜識(shí)別使用的波長(zhǎng)在800nm-900nm。
目前紅外LED的主要供應(yīng)商是國(guó)際LED大廠OSRAM。針對(duì)不同虹膜識(shí)別算法的要求，OSRAM可提供810nm，850nm等不同波長(zhǎng)的紅外LED。 相對(duì)來說，若對(duì)黑/棕眼球進(jìn)行虹膜檢測(cè)，需要用紅外光，可見光不適合；而藍(lán)綠眼球則用可見光更好，而紅外光也行，只是性能稍差。所以810nm更加適合做虹膜檢測(cè)。
細(xì)心的讀者可能會(huì)發(fā)現(xiàn)，之前虹膜檢測(cè)的示意圖上，是將紅外LED斜著放的，不科學(xué)。不過為了讓紅外的光線折射回來，是需要將LED的光束做5至8度左右轉(zhuǎn)向。紅外LED貼片是沒辦法傾斜，所以一般虹膜手機(jī)是在手機(jī)外殼上做文章。將外殼的紅外LED上面加一個(gè)有傾斜角的Lens，從而實(shí)現(xiàn)角度的轉(zhuǎn)換。
不過這樣做，會(huì)讓手機(jī)組裝變得麻煩。OSRAM也發(fā)現(xiàn)了這個(gè)問題，他們?cè)诩t外LED上做了文章，將紅外LED出光口做一定的角度，最終解決了此問題。
5、算法：
國(guó)外的公司：美國(guó)的Iridian、Iriteck、韓國(guó)的Jiris公司、三星（Note 7用三星自己的算法）、Delta ID（富士通手機(jī)虹膜技術(shù)方案提供商）、松下。
國(guó)內(nèi)的公司：中科虹霸、釋碼大華、思源科安、聚虹光電。
可以看出，虹膜算法公司對(duì)整個(gè)生態(tài)鏈影響還是很大的。虹膜算法決定了需要什么樣的Camera，需要什么樣的Lens，需要什么樣的模組，需要什么樣的紅外LED。但是虹膜算法又是純軟件，不在任何硬件里面。所以算法公司的利潤(rùn)只能通過授權(quán)形式來獲取。這就要求算法公司從硬件，到客戶端需要全部去打通。難度還是很大的。
影響虹膜發(fā)展的原因之一是虹膜開孔多，尤其是雙Camera時(shí)代，很有可能前Camera也是雙Camera，增加虹膜識(shí)別會(huì)嚴(yán)重影響手機(jī)外觀，這是影響虹膜發(fā)展的原因之一。有機(jī)會(huì)解決此方法就是做成RGBIR Camera。即將其中一個(gè)G的光線采集變成IR（紅外）的光線采集。這樣的好處是，做前Camera的時(shí)候，對(duì)RGB的光線進(jìn)行采集；而做虹膜Camera時(shí)，通過IR來采集紅外LED折射回來的光線。但這樣做，一方面需要特殊的ISP才能準(zhǔn)確進(jìn)行光線采集，另一方面，目前RGBIR的sensor在做普通camera時(shí)，因?yàn)樯倭艘粋€(gè)R的光線采集，暗光表現(xiàn)較差，還需要sensor供應(yīng)商繼續(xù)優(yōu)化性能。目前有研發(fā)RGBIR的公司有Himax和OV。
目前虹膜算法費(fèi)用相對(duì)來說較高，這也會(huì)影響虹膜的起量。當(dāng)然，這個(gè)畢竟是純軟件成本，相信起量后，費(fèi)用不會(huì)太高。另外，虹膜功耗相對(duì)來說比較大(需要打開屏和攝像頭)，所以在手機(jī)上主要功能是起到替代密碼的作用，作用單一也影響到其以后的發(fā)展。
目前FIDO（Fast Identity Online）聯(lián)盟即線上快速身份驗(yàn)證聯(lián)盟致力在手機(jī)上“消滅密碼”，而安全支付在手機(jī)上也越來越重要，虹膜識(shí)別做為安全級(jí)別極高的一種生物特征識(shí)別技術(shù)，勢(shì)必會(huì)在密碼認(rèn)證上占有一席之地。三星Note7會(huì)不會(huì)打開虹膜識(shí)別登陸手機(jī)標(biāo)配的登錄密碼嗎？
在三星的發(fā)布會(huì)上，除了對(duì)虹膜識(shí)別的支持，對(duì)近來熱炒的VR的完美支持，更是Note 7的另一大特點(diǎn)。由于VR設(shè)備需要及時(shí)檢測(cè)到頭部的運(yùn)動(dòng)，及時(shí)更新相關(guān)的顯示。這就需要Sensor Hub的精準(zhǔn)算法，因?yàn)橹挥泻玫乃惴?，才能讓VR設(shè)備做出及時(shí)的相應(yīng)。這就引出了今天我們討論的另一個(gè)重點(diǎn)——Sensor Hub。
Sensor Hub，中文名：傳感器控制中心。Sensor Hub主要有兩個(gè)功能：
1、在CPU休眠的情況下，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳感器的實(shí)時(shí)控制，從而達(dá)到降低功耗的功能。
2、將不同類型Sensor的數(shù)據(jù)進(jìn)行融合，實(shí)現(xiàn)多種sensor數(shù)據(jù)結(jié)合才能實(shí)現(xiàn)的功能。
而概括地看，Sensor Hub可以執(zhí)行以下操作：
1、手勢(shì)識(shí)別：感測(cè)人的手勢(shì)，如：翻轉(zhuǎn)手機(jī)，敲打手機(jī)，搖晃手機(jī)，拿起手機(jī)等手勢(shì)。可實(shí)現(xiàn)案例：翻轉(zhuǎn)靜音，拒接電話，搖晃切換背景圖片以及拿起接聽電話等功能。
2、設(shè)備狀態(tài)識(shí)別：感測(cè)設(shè)備的狀態(tài)，如：手機(jī)面朝上/朝下， 手機(jī)在桌子上，還是在口袋里，還是在人手里。可實(shí)現(xiàn)案例：手機(jī)在口袋里時(shí)，自動(dòng)將來電鈴聲放至最大；而在桌子上的時(shí)候，調(diào)至靜音震動(dòng)模式。
3、用戶狀態(tài)識(shí)別：感測(cè)用戶的狀態(tài)，如：跑步，走路，站立，坐下等。實(shí)現(xiàn)功能： 在走路/跑步時(shí)，自動(dòng)打開記步功能，而站立和坐下后，暫停相關(guān)功能。
4、用戶交通行為判斷：感測(cè)用戶乘坐交通時(shí)的狀態(tài)，如：開車，坐火車，坐電梯等。實(shí)現(xiàn)功能： 在開車狀態(tài)，自動(dòng)藍(lán)牙連接；而在火車上接電話，開啟消噪功能。
5、室內(nèi)定位/室內(nèi)導(dǎo)航：室外定位目前主要是GPS+AGPS。AGPS是通過手機(jī)附近的基站獲取GPS輔助信息（包含GPS的星歷和方位俯仰角等），從而幫助GPS快速，準(zhǔn)確定位。在GPS信號(hào)不強(qiáng)的情況下，手機(jī)也可以通過多個(gè)手機(jī)基站進(jìn)行定位。
但GPS和AGPS無法解決室內(nèi)的精確定位的問題。而目前普遍的室內(nèi)定位方式，則是手機(jī)通過判斷與周圍的WiFi路由器或低功耗藍(lán)牙BLE設(shè)備的距離，來判斷手機(jī)的室內(nèi)位置。Apple采用的iBeacon技術(shù)，則是利用低功耗藍(lán)牙BLE實(shí)現(xiàn)位置定位等各種應(yīng)用。
不過無論通過GPS/AGPS定位，還是通過WiFi/藍(lán)牙的定位，通過Sensor Hub，可以融合當(dāng)前運(yùn)動(dòng)的加速度，角速度進(jìn)行慣性導(dǎo)航，而有了地磁的數(shù)據(jù)，可以準(zhǔn)確的判斷運(yùn)動(dòng)的方向，并更準(zhǔn)確的進(jìn)行室內(nèi)定位。
而且融合了Sensor Hub的數(shù)據(jù)，可以實(shí)現(xiàn)更多的功能，尤其在室內(nèi)室外切換。
常見實(shí)現(xiàn)功能：
1、車輛突然行駛至隧道或者高架下方后，突然失去了GPS的信號(hào)，這時(shí)手機(jī)只需要通過判斷當(dāng)前運(yùn)動(dòng)的加速度和角速度，就可以準(zhǔn)確判斷車輛的運(yùn)動(dòng)方向。
2、結(jié)合氣壓傳感器后，可以迅速定位用戶所在的樓層，幫助用戶找到想去的商家店鋪，或者尋車。
3、若再結(jié)合攝像頭， 還可以在當(dāng)前拍攝畫面上，進(jìn)行導(dǎo)航。（如告知店鋪位置，告知方向）
4、在可穿戴/VR上的應(yīng)用：由于Sensor Hub 可以實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)的設(shè)備狀態(tài)識(shí)別和用戶狀態(tài)識(shí)別，所以Sensor Hub可以在可穿戴和VR上發(fā)揮很大的作用。比如抬起手，手環(huán)顯示時(shí)間。比如打VR游戲的時(shí)候，VR設(shè)備通過Sensor Hub數(shù)據(jù)判斷用戶的狀態(tài)，從而顯示不同的場(chǎng)景。
一個(gè)具有如此強(qiáng)悍能力的輔助，那么Sensor Hub是怎么工作的呢？據(jù)了解，它主要是需要一個(gè)MCU或DSP去處理相關(guān)的Sensor數(shù)據(jù)。
而在手機(jī)上，實(shí)現(xiàn)Sensor Hub，共有三種方式：
1、將Sensor Hub 做為單獨(dú)芯片，放置在CPU與各類MEMS之間。
優(yōu)勢(shì)：Sensor Hub芯片和MEMS都可以靈活切換?？蛇x性多樣化。
劣勢(shì)：需要支持種類多，調(diào)試難。
2、將Sensor Hub與MEMS合二為一，接收不同sensor給來的信號(hào)進(jìn)行融合，再將融合后的信號(hào)提供給AP。
優(yōu)勢(shì)：由于sensor已經(jīng)選好，調(diào)試相對(duì)簡(jiǎn)單。
劣勢(shì)：sensor基本固定，客戶不能自行選擇。
3、由AP來集成Sensor Hub，sensor先將數(shù)據(jù)提供給AP內(nèi)部的Sensor Hub，Senor Hub融合后再將數(shù)據(jù)提供給AP。
優(yōu)勢(shì)：sensor選擇自由，有機(jī)會(huì)降低成本。
劣勢(shì)：對(duì)AP算法難度大，AP需要與各sensor協(xié)調(diào)作戰(zhàn)。
從成本來看，如果將sensor放在外面，無論是獨(dú)立的還是與sensor放在一起都會(huì)增加額外的成本。而AP一方面可以通過低制程來降低MCU的成本，另一方面也可以與其他功能共同分享一個(gè)MCU，從而達(dá)到降低成本的目的。
從手機(jī)生態(tài)鏈來看，第一種是有MCU的公司希望看到的局面，不過除了像ST這種既有MCU技術(shù)又有Sensor技術(shù)的公司才有能力去做大這件事。之前Apple，Samsung用的就是這種方案。但Apple最新方案用的是第三種。而Sensor公司肯定希望做第二種，因?yàn)檫@樣一方面可以打包銷售自己所有的Sensor，另外一方面也可以提升自己的Revenue。但是多數(shù)Sensor公司在MCU領(lǐng)域并沒有太多的耕耘。第三種則是AP供應(yīng)商希望實(shí)現(xiàn)的方式。而目前來看，也是客戶最想看到的方式。雖然這樣會(huì)要求AP廠商實(shí)現(xiàn)相關(guān)的算法，但對(duì)終端客戶來看，這樣也能更方便選擇不同類型的sensor，從而獲得更好的性價(jià)比。
從智能穿戴生態(tài)鏈來看，第一種有著一定的優(yōu)勢(shì)。比如智能手環(huán)就可以通過Sensor Hub的MCU完成對(duì)Sensor數(shù)據(jù)的融合，并實(shí)現(xiàn)部分控制，而不需要再加入主控芯片。所以做獨(dú)立Sensor Hub的公司目標(biāo)市場(chǎng)除了手機(jī)，也會(huì)把更多的精力放在智能穿戴上。
并不是所有技術(shù)的出現(xiàn)都能給產(chǎn)業(yè)帶來新的巨變，強(qiáng)如蘋果也有曾經(jīng)折戟的時(shí)候，作為安卓陣型的最強(qiáng)大的領(lǐng)軍人，依賴于完善的產(chǎn)業(yè)鏈，三星一直都走在和蘋果競(jìng)爭(zhēng)的最前線，也是安卓陣型唯一可以和蘋果抗衡的廠商。而三星本身在技術(shù)上的開發(fā)和投入也是值得同行欽佩的。在智能手機(jī)功能同質(zhì)化的今天，三星能夠通過強(qiáng)推這兩個(gè)技術(shù)，為業(yè)內(nèi)注入一股活水，推動(dòng)智能手機(jī)產(chǎn)業(yè)的進(jìn)一步發(fā)展，這就留待大家評(píng)價(jià)。
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