3D 立體影像傳感技術
數位相機只能取得平面彩色影像，完全沒有深度的資訊，這代表當我們看到一張照片，只知道這個人的臉部有多寬多高，卻不知道他臉部的立體結構，例如：鼻子有多挺（有多深），為了取得影像的深度資訊，近年來許多廠商投入研發，目前比較成熟的技術有下列兩種：
Diode，LED）或雷射二極體（Laser Diode，LD）發射出紅外光，照射到物體表面反射回來，由於光速（v）已知，可以利用一個紅外光影像傳感器量測物體不同深度的位置反射回來的時間（t），利用簡單的數學公式就可以計算出物體不同位置的距離（深度），如圖 （a）所示。
Light Processor，DLP）打出不同的光線圖形，經由物體不同深度的位置反射回來會造成光線圖形扭曲，例如：打出直線條紋的光線到手指上，由於手指是立體圓弧形造成反射回來變成圓弧形條紋，進入紅外光影像傳感器後就可以利用圓弧形條紋反推手指的立體結構，如圖 （b）所示。
TrueDepth 相機
蘋果將 iPhone X 所使用的 3D 立體影像傳感技術稱為「TrueDepth 相機」，採用結構光方案實現，結構如圖 1 所示，TrueDepth 相機為 700 萬像素的 CMOS 影像傳感器，配合紅外光相機、泛光照明器、接近傳感器、環境光傳感器、點陣投射器等組件，以下簡單介紹每個組件的功能：
1. 泛光照明器（Flood illuminator）：使用低功率的垂直共振腔面射型雷射（Vertical Cavity Surface Emitting Laser，VCSEL），發射出「非結構」（Non-structured）的紅外光投射在物體表面。
2. 接近傳感器（Proximity sensor）：使用低功率的垂直共振腔面射型雷射發射紅外光雷射，當有物體靠近時會反射雷射光，因此手機可以知道有物體接近，這個組件很早之前智慧型手機就有了，一般都是安裝在擴音器（Speaker）旁邊，當使用者撥電話並且將手機靠近耳朵時，接近傳感器偵測到耳朵接近就知道使用者正要講電話，會自動關閉屏幕節省電力消耗。
3. 環境光傳感器（Ambient light sensor）：使用光二極體（Photo diode）可以偵測環境光亮度，在明亮的太陽下使用者眼睛瞳孔縮小，因此自動將屏幕調亮讓使用者容易觀看；在陰暗的室內使用者眼睛瞳孔放大，因此自動將屏幕調暗避免使用者感覺太刺眼。
4. 點陣投射器（Dot projector）：使用高功率的垂直共振腔面射型雷射發射紅外光雷射，經由晶圓級光學（Wafer Level Optics，WLO）、繞射光學組件（Diffractive Optical Elements，DOE）等結構，產生大約 3 萬個「結構」（Structured）光點投射到使用者的臉部，利用這些光點所形成的陣列反射回紅外光相機（Infrared camera），計算出臉部不同位置的距離（深度）。
圖 1：iPhone X 使用的 3D 立體影像傳感技術。（Source：蘋果）
Face ID 解鎖原理與步驟
Face ID 解鎖主要分為兩個步驟，首先必須辨識接近手機的是否為刻意靠近的臉部，或者只是使用者不小心由手機前面晃過去而已；確認是刻意靠近的臉部之後，才開始進行人臉辨識，從前面的介紹可以發現，啟動 Face ID 解鎖必須同時開啟好幾個組件，是有些耗電的，因此必須確認是刻意靠近的臉部之後，才開始進行人臉辨識。
當有臉部或物體靠近時，會先啟動接近傳感器（Proximity sensor），再由接近傳感器發出訊號啟動泛光照明器（Flood illuminator），發射出非結構（Non-structured）的紅外光投射在物體表面，再由紅外光相機（Infrared camera）接收這些反射的影像資訊，傳送到手機內的處理器，iPhone X 使用蘋果自行開發的 A11 處理器，內建雙核心的「神經網絡引擎」（Neural Engine，NE），經由人工智慧的運算後判斷為臉部後，再啟動點陣投射器（Dot projector）產生大約 3 萬個光點投射到使用者的臉部，利用這些光點所形成的陣列反射回紅外光相機（Infrared camera），計算出臉部不同位置的距離（深度），再將這些使用者臉部的深度資訊傳送到手機內的處理器內，經由計算比對臉部特徵辨識是否為使用者本人。
所有的 3D 立體影像傳感技術都面臨相同的問題，那就是深度資訊的精確度實際值大約只有 1%，意思是距離 1 米遠的物體量測出來的精確度與誤差大約是 1 公分的等級；Face ID 解鎖時臉部與手機的距離大約 10 公分，因此精確度與誤差大約是 1 毫米（mm）的等級，這大概足夠進行臉部特徵辨識了！此外，點陣投射器使用高功率的垂直共振腔面射型雷射發射紅外光雷射，雖然它的功率並不是真的很高，但是入射到眼睛，個人以為長期使用是否會造成眼球的傷害，是另外一個值得醫學界研究探討的問題。
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