虹膜識別的機遇與挑戰 - 一文看懂三星Note 7的兩項“黑科技”

　　虹膜識別的機遇與挑戰

　　三星之所以在新旗艦上用上虹膜識別，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別去執行支付等功能。而根據我們的總結，虹膜識別的優勢如下所示：

　　1.唯一性：生理學研究表明，虹膜紋理的細節特征是由胚胎發育環境的隨機因素決定的，這種紋理細節的隨機分布特性為虹膜的唯一性奠定了生理基礎。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，自然界不可能出現完全相同的兩個虹膜。

　　2.一致性：虹膜從嬰兒胚胎期的第三個月前開始發育，到第8個月虹膜的主要紋理結構已經形成。同時，由于角膜的保護作用，發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致虹膜改變的概率十分小。科學家們發現，除非經歷危及眼睛的外科手術，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，眼睛也具有很多優良的光學和生理特性可用于活體虹膜檢測。在人體腦死亡、處于深度昏迷狀態或眼球組織脫離人體時，虹膜組織即完全收縮，出現散瞳現象。這些生物活性與人體生命現象同時存在，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性。

　　4.非接觸：虹膜是一個外部可見的內部器官，相對于指紋等需要接觸采集的生物特征更加衛生、方便。這一點與指紋、臉像等人體外部器官有很大的區別：通過非接觸（甚至遠距離）的采集裝置就能獲取合格的虹膜圖像。這在實際的應用中非常重要。而且虹膜錄取完成后，不受眼睛手術，配戴墨鏡，隱形眼鏡（包括美瞳）的影響。

　　5.多特征點：相比指紋識別，虹膜識別的準確度更高。虹膜測定技術可以讀取266個特征點，而其他生物測定技術只能讀取13-60個特征點。

　　每一種技術正如鋒利的刀，你有了它鋒利的屬性，勢必要接受其容易傷人的可能。虹膜識別也會給手機廠商帶來一些新的挑戰：

　　1. 開孔多：虹膜識別需要放在手機的正面，而虹膜Camera主要是做紅外光檢測，無法進行可見光的采集。這就使得虹膜Camera和前Camera是兩個Camera。虹膜系統自身就需要虹膜Camear和紅外LED兩個孔，加上手機自身的前Camera，和距離/光線傳感器（需要一個或兩個開孔），總共需要四到五個開孔。這對手機外觀設計帶來了很多不便。

　　2. 距離限制：目前手機做虹膜識別時，需要人眼與手機在20-35cm的距離。這對用戶的易用性有一定的挑戰。當然，用戶習慣后，這個問題相當來說容易克服。

　　3. 功能單一性：由于開啟虹膜，需要打開手機屏幕，方便用戶對準眼球，所以造成虹膜功耗偏大。所以在手機上，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人特征做為個人隱私的人，是不愿意將此類特征值公開給手機，尤其是提供給政府部門。

　　虹膜識別的產業鏈盤點

　　正如當初蘋果引入指紋識別，撬動了指紋識別產業鏈，三星這次引入的虹膜識別，也會給產業鏈帶來新的機會，產業鏈的國內外參與者主要包括：

　　（1）Camera Sensor公司：Sony，格科微，OV

　　一般來說，虹膜算法只需要100個像素就可以做虹膜識別。考慮到易用性，需要同時采集用戶的雙眼才能比較自然的使用，一般會選用2M至5M的Camera。單眼識別的話，VGA（0.3M）的Camera都夠用。

　　不過虹膜對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生產時，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Camera要求不高，2M至5M的Camera就能做虹膜Camera。等虹膜成熟后，國內的格科微，OV都會迅速跟進。

　　（2）模組公司：舜宇，韓國Patron（三星Note 7用）

　　目前虹膜沒有大規模量產，所以國內的虹膜模組主要是舜宇來供應。

　　（3）Lens公司：舜宇，AAC

　　舜宇不僅生產模組，在光學上也有頗有研究。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也是需要只經過紅外光，而過濾其他光。另外，Apple供應商AAC 也開始量產虹膜Lens。

　　（4）紅外LED公司： OSRAM，億光

　　紅外主要波長是700nm-2500nm。Camera sensor對900nm以上的紅外光感應差，需要更強的光才能感測到。這就要求紅外LED更大的電流，更多的功耗。而800nm以下的波長，太靠近可見光，用戶使用時可以看到紅光。所以一般虹膜識別使用的波長在800nm-900nm。

　　目前紅外LED的主要供應商是國際LED大廠OSRAM。針對不同虹膜識別算法的要求，OSRAM可提供810nm，850nm等不同波長的紅外LED。相對來說，若對黑/棕眼球進行虹膜檢測，需要用紅外光，可見光不適合；而藍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。

　　細心的讀者可能會發現，之前虹膜檢測的示意圖上，是將紅外LED斜著放的，不科學。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度左右轉向。紅外LED貼片是沒辦法傾斜，所以一般虹膜手機是在手機外殼上做文章。將外殼的紅外LED上面加一個有傾斜角的Lens，從而實現角度的轉換。

　　不過這樣做，會讓手機組裝變得麻煩。OSRAM也發現了這個問題，他們在紅外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）算法公司：

　　國外的公司：美國的Iridian，Iriteck，韓國的Jiris公司，三星（Note 7用三星自己的算法），Delta ID（富士通手機虹膜技術方案提供商），松下。

　　國內的公司：中科虹霸，釋碼大華，思源科安，聚虹光電。

　　關于虹膜識別的一些看法

　　可以看出，虹膜算法公司對整個生態鏈影響還是很大的。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，不再任何硬件里面。所以算法公司的利潤只能通過授權形式來獲取。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。

　　影響虹膜發展的原因之一是虹膜開孔多，尤其是雙Camera時代，很有可能前Camera也是雙Camera，增加虹膜識別會嚴重影響手機外觀，這是影響虹膜發展的原因之一。有機會解決此方法就是做成RGBIR Camera。即將其中一個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的時候，對RGB的光線進行采集；而做虹膜Camera時，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才能準確進行光線采集，另一方面，目前RGBIR的sensor在做普通camera時，因為少了一個R的光線采集，暗光表現較差，還需要sensor供應商繼續優化性能。目前有研發RGBIR的公司有Himax和OV。