这个3D人脸识别的“备胎”，能转正吗？

3D人脸识别市场正在快速增长——根据Trend Force的预测， 3D传感市场规模将呈现几何式增长，2020年可达到108.9亿美元，而到2023年这个数据将达到180亿美元；3D人脸识别在智能手机市场的渗透率也将从2017年的2.1%提升到2020年的28.6%。

3D人脸识别的技术抉择

不过，市场蛋糕虽然好吃，但能否吃得上，就要看你是否有锋利的“技术之刃”去切蛋糕了。目前用于智能手机的3D人脸识别的主要技术选项有两个，一个是结构光方案，另一个是ToF（Time of Fly，飞行时间）方案。

其中商用最为成熟的是“结构光”方案。结构光技术的规模商用很大程度上要归功于苹果，其在iPhone X上率先抛弃了以前的指纹识别功能，采用了结构光3D人脸识别技术。从市场反馈来看，从最初大家的好奇、质疑，到现在的风平浪静，显然这个技术是禁得住用户挑剔的。对于其他厂商来讲，苹果此举肯定是将可能的“坑”都趟过之后做出的选择，所以自己选用相同的技术也应该比较保险，因此在结构光3D人脸识别身后的追随者着实不少。

与之相比，ToF方案则像是个“备胎”。就ToF的技术“颜值”来讲，这种待遇确实有些令人“憋屈”，但是市场有时候就是讲究先来后到，迟到者如果想翻盘，想“备胎转正”，必须要证明自己有更多的过人之处。过去这两年，ToF一直在努力证明“我能行”。

图1，ToF手机3D人脸识别方案示意图（图片来源：网络）

从工作原理上讲，3D结构光技术是通过近红外激光器，将具有一定结构特征的光线投射到被拍摄物体上，再由专门的红外摄像头进行采集，由于这种具备结构特征的光线，会因被摄物体的“深度“而发生变化，通过对采集的图像相位信息进行比对和计算，就可以得到深度信息，从而获得测量对象的三维结构。

ToF技术在做3D人脸识别时，则是由“面光源”发射持续不断的光脉冲，光线遇到不可穿透物体时发生反射，就可以通过测量反射光线到接收器的时间，来测算光源与物体的距离，由此得到有“深度”的被测物体3D图像。

从理论上讲，结构光技术在精度和分辨率上都要更胜一筹，可是ToF也有很多不能拒绝的优势：

• 结构光技术在获得图像信息后还需要更多的后处理才能“算”出深度信息，而ToF的测量手段更直接，不需后处理，时延小，响应速度更快。
   
• 不需要后处理的ToF方案，还节省了相关处理系统带来的成本和功耗，显著降低技术门槛。
   
• ToF方案所需元器件更少，体积更小，在空间受限的手机应用中会更受欢迎；而且这也令其在机械特性上更皮实。
   
• 与结构光这种光学方案相比，ToF更不易受环境光的干扰。
   

表1，结构光和ToF技术特性比较

根据两者的特性，有人曾经得出结论，认为结构光技术更成熟，更适合静态场景，是智能手机前置人脸识别首选；而ToF方案在远距离下噪声较低，适合动态场景，因此更适合配置在手机后置摄像头上，以期在AR、VR等应用上一展身手。

可对于ToF技术来说，AR、VR毕竟是遥远的“将来时”，而前置人脸识别则是个现实的大市场，显然不应被漠视。因此在3D人脸识别市场，结构光和ToF技术的碰撞在所难免。

ToF技术在行动

如今，ToF技术供应商已经在用实际行动为市场和用户打强心针了。比如英飞凌推出的REAL3™系列3D图像传感器，就是一个可商用的成熟方案。

在ToF优势技术基础上，REAL3™还有不少自己的“发挥”：

• REAL3™系列可支持至少3.8万个深度点，每一个像素的测量深度达到毫米级，错误率小于百万分之一，更为安全可靠。
• 为了抵抗环境光干扰，REAL3™采用了专利的SBI（背景干扰抑制）技术，可瞬间消除所有不相关信号，实现出色的摄像头性能。
• REAL3™系列的摄像头模块只有两个主要组件：REAL3™图像传感器和照明电路，且它们之间不需要任何机械基线，大大简化了装配调试的难度，增强了机械稳定性和机械强度。
• 当然，这样的摄像头模块也更小，只有11mm × 7mm ×4mm，可为智能手机节省宝贵的空间。
• 此外，REAL3™还内置了一个集成式眼睛安全电路，满足安全要求，与其他需要外部眼睛安全电路的方案相比，减化了BOM。

图3，英飞凌REAL3™系列3D图像传感器令整个ToF 摄像头模块更加简单而稳健（图片来源：英飞凌）

目前，基于ToF技术的REAL3™已经实现了成功商用——LG G8 ThinQ手机的前置摄像头模块，采用的就是基于REAL3™的方案。英飞凌还透露，下一代的REAL3™ ToF图像传感器还将使用先进的微透镜技术，提高灵敏度，并在尺寸和功耗上进一步优化。

当然，与结构光技术相比，ToF作为一个后来者，在技术打磨、商用验证以及配套供应链完善上还有不少路要走。不过好消息是，知名分析师郭明錤预测苹果有望在2019年iPhone中采用ToF技术，如此传闻成真，将会成为ToF商用拓展的重大利好！届时，这个3D人脸识别的“备胎”转正，在市场上登堂入室，必将演绎出有许多好看的戏码。