掘金千億美元市場！2020生物識別技術與應用論壇圓滿落幕：這九大看點不容錯過

新挑戰·新機遇——2020第四屆生物識別技術與應用論壇。

2020年10月30日下午，由芯智訊主辦的“新挑戰·新機遇——2020第四屆生物識別技術與應用論壇”，本次高峰論壇匯聚了來自曠視科技、兆易創新、艾邁斯半導體、高德智感、舜宇智能光學、思特威、歐菲智聯等兩百多家產業鏈上下游企業，以及中科院深圳先進技術研究院等研究機構和行業媒體，近300人參與。

一、生物識別產業的新挑戰與新機遇

本次論壇活動的主題為“新挑戰·新機遇”，因此在活動開場前，芯智訊創始人兼總編楊健也以此為題，做了對于整個生物識別產業現狀和未來發展的剖析。

△芯智訊創始人兼總編楊健

所謂新挑戰，一方面是新冠疫情，另一方面則是中美科技戰，都對于包括生物識別在內的整個科技產業鏈的帶來了新的挑戰。

根據ABI Research的最新報告，到今年年底，全球指紋識別的收入預計將下降22%，至66億美元。而這與新冠疫情影響下，全球智能手機出貨的下滑密切相關。另一方面，由于新冠病毒會通過接觸傳播，也使得一些行業對于指紋識別等需要接觸識別的設備的部署產生了負面影響。

在新冠疫情之下，戴口罩已經成為了一種“新常態”，這也對人臉識別行業的發展帶來了新的挑戰。

疫情也對全球供應鏈產生的深遠的影響。今年上半年，為了應對新冠疫情，全球很多國家和地區的進行了區域性封鎖，使得很多工廠停工，再加上半年疫情對于紅外測溫設備、呼吸機等相關設備的需求極具增長，也造成了很多關鍵元器件的缺貨，使得全球供應鏈受到了較大的挑戰。近期，歐洲、南美多國疫情再度告急，當地時間10月28日，法國、德國、西班牙三大區、希臘兩區宣布將再次封鎖，全球供應鏈較再度遭遇巨大挑戰。

與此同時，在中美貿易戰、科技戰背景之下，很多的中國科技企業遭到了美國的打壓。而這其中，很多生物識別相關的企業成為了打擊的重點。比如人臉識別企業商湯、曠視、依圖等，指紋/3D模組廠商歐菲光、語音識別廠商科大訊飛、安防監控廠商?？?大華等都被美國列入了實體清單。這些都對國內的生物識別行業的發展帶來不利的影響。

但是，在挑戰的背后，同樣也帶來了新的機遇。

雖然疫情之下，戴口罩對于人臉識別帶來了挑戰，但是相關技術公司已經克服這一難題，實現了戴口罩情況下的人臉識別。與此同時，包括人臉識別、語音/聲紋識別、虹膜識別、靜脈識別等在內的非接觸式生物識別技術也迎來了快速發展。

根據KBV Research發布的一份報告預測，受新冠病毒大流行的影響，非接觸式生物識別技術將迎來快速發展，到2026年，全球非接觸式生物識別技術市場將接近186億美元，復合年增長率為19.1%。

研究機構Future Market Insights的最新報告對非接觸式生物識別的發展更為樂觀，根據他們的預測，從2020年到2030年，非接觸式生物識別技術將順應新冠大流行的浪潮，復合年增長率達到17.4%，全球市場規模將增長五倍，達到700億美元。

另外，受疫情影響，研究機構預測，在醫療保健中的生物識別技術到2024年將增長四倍。

那么從更長的時間維度來看，后疫情時代，生物識別產業的發展趨勢將會如何？

楊健還引述了全球行業分析公司GIA(Global Industry Analysts, Inc.)的一份預測報告顯示，2020年全球生物識別市場預計將達到241億美元，而在這之后的7年，年復合年增長率將達到19.3%。到2027年，全球生物識別市場規模預計將達到828億美元。屆時，僅中國的市場規模預計將占到全球的一半份額，即超過400億美元。

具體到生物識別的細分領域，根據GIA的預測，2020-2027年間，面部識別的年復合增長率將達到18.2%，語音生物識別的年復合增長率為17%，到2027年，面部識別的市場規模將超過150億美元，語音生物識別市場規模也將達到80億美元左右。預計3D面部識別將面部識別當中占據最高的市場份額，而亞太地區有望在各地區中實現最高的增長。

2020年-2027年全球虹膜識別的年復合增長率將達到18.8%，到2027年市場規模將達到103億美元。

另外一份報告顯示，2020年全球生物識別市場規模達到250億美元（跟GIA的預測接近）。預計靜脈識別將拿到8%的市場份額，市場規模約20億美元。而在2015年靜脈識別占比僅2%。

當然，以上所提到的市場規模主要是與生物識別技術密切相關的部分，而從整個產業鏈條來看，生物識別技術所影響的整個產業鏈規模將更加龐大。

根據Markets and Markets的一份新報告，到2025年，全球身份識別和訪問管理軟件市場的價值將達到241億美元，年復合增長率達14.5%。

根據IDC的研究，如果不受各國未來計劃推出的針對生物識別技術的法規的影響，到2025年，全球視頻監控攝像頭的收入將達到440億美元。

“從各項研究數據來看，至少未來近十年內，全球的生物識別產業仍將保持接近20%左右的年復合增長率高速的發展，到2030年，市場規模必將超過1000億美元，市場前景廣闊，大有可為。”楊健先生在開場致辭最后總結到。

二、曠視科技謝憶楠：計算機視覺需要更多的“＋”

作為全球知名的人工智能及人臉識別技術廠商，曠視科技資深副總裁謝憶楠在芯智訊主辦的“2020第四屆生物識別技術與應用高峰論壇”上做了主題為《CV+的技術洞察與實踐》的分享。

△曠視科技資深副總裁謝憶楠

作為最早從人臉識別領域切入市場曠視科技來說，很多人一提起曠視，首先會想到的是曠視科技的“Face++”，將曠視與人臉識別緊密結合起來。但是，曠視之所以叫“曠視”的實際含義是“更大的視覺”。

“我們的使命是讓機器可以看到世界。”謝憶楠解釋到。而機器看到世界往往是通過攝像頭，通過攝像頭還原圖像，一直以來是以人眼作為標準。如何達到甚至超過人眼的水平，然后去理解其背后的信息，這也是CV（計算機視覺）技術發展的方向。

謝憶楠表示：“在視覺領域里你能做得越多越好，你才能看理解后能做到什么樣。之前曠視主要做人臉識別，現在我們做機器視覺算法，可以做更多的事情。”

對于計算機視覺（CV）企業來說，在比拼技術高低的時候，過去通常都是以在某些國際競賽上拿下了幾個第一，識別率達到了百分之多少，但是這個百分比究竟代表著什么，不知道，只知道越接近100%越好。但是實際上，CV的價值在于，如何讓CV這件事變成“+”號，如何往下加得更深，如何向前向后延展？

為此，曠視在神經網絡結構創新、低比特網絡（超強性能功耗比）、算法訓練的規?；窂?、算法自演化、針對移動端的高效卷積神經網絡、算法與芯片Co-Design以及AutoML等方面做了很多的工作。

“通過與合作伙伴進行算法/芯片Co-Design，再加上低比特方案，我們的算法可以在芯片側實現超強性能功耗比。AutoML可以自己做演進學習，用自動模型搜索的方式，快速訓練算法，某一個場景下用哪個模型做這件事效果最好，這件事顯然機器比人更強。”謝憶楠進一步解釋到。

此外在系統層面，曠視還開源了深度學習框架天元，開源了三位一體的自研的AI生產力平臺Brain++，通過工程化，極大的提升了效率。在數據層面，曠視還推出了全球最大的精標物體檢測數據集Objects356。

回到機器視覺算法本身，曠視針對包括人臉識別在內的很多的行業和場景也推出了很多的視覺算法，但是各個行業和場景都有著不同的要求，這也意味著我們還需要更多的算法。

光有好的計算機視覺算法還不夠，要想解決行業所面臨的問題，還需要綜合很多方面的東西。一方面，提升關聯度。比如臉人關聯、人車關聯、人-事件關聯、人-時空關聯、人-貨關聯等。構建以視覺目標為核心的關系圖譜，基于關系圖譜的數據挖掘引擎；另一方面，識別更廣的維度。比如識別更多不同類型的目標、更多人或物的屬性、更多的事件（摔倒、奔跑、抽煙、打電話、睡覺等）、更全面的識別各種態勢（如人群計數、人流方向、人群聚集、排隊長度等）；更高的精度。在感知精度方面，碎片化需求的精度需要逐一優化到99%+，在檢索精度方面，視覺大數據通用搜索引擎，也需要精度的持續演進。

以上這些都是計算機視覺所面臨的挑戰，只有解決了這些挑戰，我們才能獲得更大的機遇。“有些挑戰可能并不如我們想象那么難，但是他給我們的機遇蠻大的。比如在這次新冠疫情所需的自動測溫設備方面，考驗的是各家做CV的公司，做紅外的公司，做應用的公司，哪家可以先把視覺、紅外和整個系統先打通的能力。你有硬件基礎、CV基礎，又有調和其他硬件結合的基礎才能做好這件事。”

對于視覺算法的規?；窂?，謝憶楠表示，“第一，需要很多的模型；第二，需要自動模型做算法。”而在這些方面，曠視也已經有了很多的積累。謝憶楠強調，曠視擁有全球規模最大的計算機視覺研究院，研究人員數量超過了500位。

此外，謝憶楠還介紹了曠視的計算機視覺技術在數字孿生、計算機攝影（超級義眼、屏下攝影）、視覺反饋控制方面的探索與實踐，并以曠視“河圖”在一汽富維的應用為例，展示了曠視的整倉智能化方案對于物流行業效率的提升。

“會議的主題是‘新挑戰·新機遇’，技術的突破是我們面臨的挑戰。技術突破越深，我們才能通過AI創造更多的價值。如果我們沿著之前的技術方向一直往下，真正要實現的東西是對技術不斷的深入。CV這件事不斷通過‘+’號越深越廣才會越好，才能真正給大家帶來更多的價值。”謝憶楠最后總結到。

三、兆易創新的生物識別傳感器布局：電容、光學、大面積TFT、超聲指紋，ToF全面發力

作為國內知名的NOR Flash及MCU廠商，2019年兆易創新成功并購國內第二大的指紋識別芯片廠商思立微，成立傳感器事業部。

除了原有的電容式觸控芯片、電容指紋芯片、OLED屏下光學指紋芯片之外，兆易創新還在去年推出了TFT大面積屏下指紋識別芯片（待量產）以及第一顆一體式MEMS超聲波指紋芯片（待量產），今年還推出了第一顆特殊工藝的ToF芯片。

目前兆易創新是國內僅有的兩家可量產供貨光學指紋芯片的企業之一，同時觸控和指紋產品也廣泛應用于國內外知名的移動終端廠商，也是全球唯一能提供包括電容、光學、大面積、超聲等最全指紋方案的供應商。

TFT大面積屏下指紋識別芯片GSL7253

據介紹，兆易創新所推出的大面積TFT屏下指紋傳感器GSL7253，面積為30mm*20mm，具有高QE 80%，超?。ê穸葍H0.3mm），COG封裝工藝，支持任意位置解鎖，盲解，支持雙指/多指紋解鎖。

兆易創新傳感器事業部ToF市場總監劉浩雷在芯智訊主辦的“2020第四屆生物識別技術與應用高峰論壇”上表示，大面積TFT屏下指紋的多指采集/識別特性非常適合用于機場、車站、海關等高安全等級較高的場景。未來兆易創新還將會推出更大面積的TFT指紋芯片，積極布局大面積指紋識別上和未來的掌紋識別。

△兆易創新傳感器事業部ToF市場總監劉浩雷

從兆易創新公布的指紋產品路線圖可以看到，兆易創新目前已經開始在開發第二代TFT大面積屏下指紋芯片，面積進一步增加到了 30mm*23mm/28mm*25mm，工藝也升級到了COF。2021年還將會推出第三代的產品。

一體式MEMS超聲波指紋芯片GSL8165

相對于光學屏下指紋和電容指紋來說，超聲波指紋擁有更強的穿透力，可以穿透OLED屏、玻璃、金屬、塑料，可以穿透識別油污和濕手指，這也使得廠商可以做一些隱藏式的指紋識別，比如放在金屬之下，或者玻璃蓋板下，這樣就可以兼顧整個工業設計的美觀。同時，超聲波可以穿透表皮，直達真皮層，安全性更高。

劉浩雷表示，兆易創新的超聲波指紋芯片，基于CMOS工藝獨創單硅片MEMS結構，結構簡單、便于工藝實現；并采用了Beam-forming多點同時發送聚焦的技術，進一步增加了超聲波的穿透能力，使得識別性能更好。同時，系統算法層面利用邊緣AI、神經網絡計算，進一步提升其安全性。

△兆易創新在現場展示的超聲波屏下指紋樣機

ToF芯片

自從2017年蘋果推出了基于結構光技術的iPhone X，使用3D人臉識別FaceID代替了指紋識別TouchID，3D視覺市場便得到了快速的發展。隨后眾多的安卓旗艦也開始跟進采用結構光技術來實現3D人臉識別。

不過，由于結構光更適用于近距離的的3D識別，智能手機應用限于前置解鎖、支付以及3D表情等。相比之下，ToF 3D技術則可以適用于中遠距離，應用包含 3D 人臉識別、3D 建模以及手勢識別、體感游戲、AR/VR 在內的更多場景中，并且模組復雜度低，更小巧，易于集成，成為安卓旗艦手機的后置3D鏡頭首選。前攝應用比例也越來越高，并且有望實現屏下部署。

值得注意的是，今年蘋果iPad、iPhone 12 Pro系列又采用了基于ToF技術的激光雷達掃描儀，使得整個3D視覺市場又迎來了新一輪的爆發。不過，蘋果采用的并不是當下主流的iToF技術，而是采用的dToF技術。

所謂iToF，是通過發射特定頻率的調制光，檢測反射調制光和發射的調制光之間的相位差，測量飛行時間，從而實現對于深度信息的感知。dToF的原理則為向被測物體發射光脈沖，通過對反射和發射光脈沖時間間隔的測量，直接計算待測物體的深度。

從兩種技術的優缺點上來看，dToF直接測量飛行時間，具備低功耗、抗干擾等優勢，適用于對測距精度要求高的較遠距離測距場景，因為其測量精度不會因距離增大而降低。iToF 間接測量飛行時間，具備低成本、較高分辨率優勢，適用于中遠距離測距。

那么對于iToF和dToF兩種技術未來的發展，兆易創新是如何看待的呢？

對此，劉浩雷告訴芯智訊：“在我們來看，iToF和dToF本身是各有特點，一段時間內iToF和dToF會并行。以手機為例，iToF的分辨率比較高，適合前攝，人臉解鎖、支付。dToF的優點在于距離、測量精度在工作范圍內相對固定，更適合遠距離場景。dToF的低分辨率、產業鏈、工藝成熟度及成本都需要提升，有很大成長空間。在較長周期內iToF和dToF存在于各自的重要市場。”

此外，在創新工藝方面，兆易創新也有布局。劉浩雷介紹到，兆易創新在今年推出了第一顆特殊工藝的ToF芯片（QVGA分辨率），可以同時支持1350nm~1550nm長波段以及940波段光源，而1350nm~1550nm波段應用抗光性會更優，戶外表現更加出色。對人眼的安全性會更有保障。光電轉化效率在1350nm波段，光電轉換率可達50%；在940nm波段，光電轉換率可達65%，相比基于硅工藝的ToF芯片高出近一倍。

四、掌握核心戰“疫”利器，后疫情時代高德紅外如何出圈？

在今年爆發的新冠疫情防控當中，由于發熱是新冠病毒感染者的重要癥狀之一，因此體溫篩查成為公共區域疫情監測的主要手段之一。但是，傳統的溫度計、額溫槍等測溫設備，不僅需要一對一檢查，檢測速度慢，而且還需要近距離接觸，存在較大的交叉感染風險。因此，能實現遠距離（可達數米）、非接觸式、多目標同時快速進行體溫檢測的全自動紅外熱成像測溫設備，成為了公眾場所甄別發熱人群效率最高的一種方式，在這場“戰疫”中發揮了非常積極的作用。

而對于紅外熱成像測溫設備來說，其核心的紅外探測器技術由于之前主要被用于軍事領域，并且現代化軍隊對紅熱成像技術的依賴也在不斷加強，核心技術由國外少數國家掌控并高度管制，各國對高端軍用紅外產品及相關技術實施禁運以維持壟斷地位。這也在一定程度上限制了國內高端紅外探測技術的發展。

根據《瓦森納協定》中對于紅外探測器的規定，滿足“一定條件”的紅外熱像儀將屬于“武器級別”，該級別的紅外熱像儀需要獲得相關證書才可出口。這些“一定條件”包括對圖像采集頻率、像素、價格的要求。在該協定下，長期以來我國高端紅外技術受到國外封鎖，對于高端探測器的內在需求缺口大。

在此背景之下，美國的Flir以及2019年由Sofradir和ULIS合并而成的Lynred成為了全球非制冷紅外探測器的主要供應商。而對于國產紅外設備廠商來說，在高端紅外熱成像探測器進口受限的情況下，自研也就成了一條必須要走的路。

作為國產紅外熱成像設備的領軍企業，高德紅外早在2009年就開始自主研發紅外熱成像探測器，經過數年的研發，終于在2013年成功推出了首款紅外熱成像芯片，隨后又解決了MEMS、陶瓷封裝、讀出電路設計、晶圓級封裝等關鍵技術，成為了當時國內唯一一家擁有自主紅外熱成像芯片生產線的企業。

△高德智感市場總監金朝昊

高德紅外子公司高德智感市場總監金朝昊先生在芯智訊主辦的“2020第四屆生物識別技術與應用高峰論壇”上表示，“目前高德紅外用的所有Sensor都是自主研發的紅外芯片。2013年之前，中國所有紅外探測器進口自歐洲，中國沒有自主生產能力、研發能力。高德紅外上市后主要干的一件事是把資金投到紅外探測器的研發。2013年我們實現第一代自主芯片的研發，2015年實現全面量產。到現在我們公司不需要再進口任何一片紅外傳感器的芯片，我們把芯片做到多樣化，將一致性、均勻性、穩定性做得非常好。能夠確保即便在大批量出貨的情況下，我也能保證每一片紅外探測器的性能，這樣就能確保在生產防疫設備時的測溫精準性。”

目前高德紅外在國內已擁有三條8英寸探測器芯片(制冷、非制冷)批產線，包括：先進的8英寸0.25微米批產型氧化釩（VOx）非制冷紅外探測器生產線、國內領先的8英寸0.5微米碲鎘汞（MCT）制冷紅外探測器生產線、國內先進的8英寸0.5微米批產型二類超晶格（T2SL）制冷紅外探測器生產線。

同時，高德紅外還成功構建了從底層紅外核心器件，到頂層完整光電系統的全產業鏈研發生產體系。作為武漢本土企業，在今年的疫情防控當中發揮了極為重要的作用，特別是在武漢封城導致供應鏈中斷的情況下。

“疫情期間，我們在武漢，供應鏈非常受影響。我們有自己自研自產的Sensor，最大的問題就解決了。如果沒有這個Sensor，你可能需要進口或者國內其他廠家在生產，但是都不在武漢。”金朝昊說到。

在測溫精度上，得益于高德紅外歷時十年，采集了上萬人次的環溫、濕度、紅外體表溫度、真實體內溫度、性別、年齡等多元關系樣本，以及基于SVM模型的體表溫度到體內溫度映射模型，通過紅外+大數據+AI技術，高德紅外保證了保證10~35℃環溫下，體表到體內的精準反算。

此外，針對疫情當中，戴口罩已成為常態，高德智感也實現了戴口罩情況下的可見光人臉檢測和單紅外人臉檢測，以及雙光活體辨別（可以有效辨別活體與非活體人臉。）

金朝昊表示，在疫情發生之后，高德智感僅用了100天就推出了10款防疫專用產品。當然，疫情確實推動了高德紅外及高德智感今年營收的暴漲，但是我也需要考慮，疫情之后我們如何繼續保持增長，因此我們需求開拓新的市場。

據介紹，目前高德智感還聯合合作伙伴開發了一系列的創新形態產品，比如機器人、刷臉面感機、閘機、AR眼鏡等。還將紅外熱成像技術的應用領域進一步擴展到了智慧養老（在臥室、浴室等區域，紅外圖像可以提供具有隱私保護的姿態檢測）、智能家居（比如與空調廠商合作，將紅外熱成像技術與空調集成在一起，可識別人體方位、數量、人體與室溫的溫差，自動調節溫度）、兒童看護（可以監控嬰兒夜間踢被子的情況）、兒童健康、智慧酒店、智能樓宇、智能輔助駕駛、支付安全（目前3D人臉可被3D面具破解，但是加上體溫檢測后，可以更加安全，因為人臉的面部溫度分布是有差異的。）

目前對于紅外熱成像芯片來說，成本仍然是一大挑戰。對此金朝昊表示：“之前一個Sensor可能要兩三千塊錢，不可能用到大規模的行業。而且供應也屬于小眾供應鏈，根本無法大批量的生產。我們高德一直往這方面推，希望把它做小做便宜，功耗做低，價格、重點也變小，易于集成。近期我們推出TIMO紅外熱成像模組，尺寸非常小，主要是采用了晶圓級封裝技術，鏡頭也是雙面非球面晶圓模壓。我們把生產工藝流程做到跟手機常用的可見光鏡頭模組一樣，可以保證大規模生產。”

對于紅外熱成像探測器未來的發展方向，金朝昊表示：“我們會往兩個方向發展：一是分辨率全覆蓋，從低到高；二是多模形式的集成，實現功能的復用和一體化提升。”

五、艾邁斯半導體：可提供創新的光譜技術和完整的3D傳感技術

作為全球知名的傳感器廠商，艾邁斯半導體（ams）擁有極為豐富的傳感器產品組合，覆蓋了光學、成像、環境、音頻四大領域。

根據財報信息顯示，2019年，ams營收達到了20.86億美元，營收同比增長了32%，客戶數量超過8000個，員工數量達到了9000人。而ams的快速增長主要得益于專注傳感器方面的產品，特別是在3D、光感傳感器，在知名手機廠商的應用上的成長非常迅速。今年ams還成功收購了歐司朗，營收規模有望達到50億美元乃至更高的水平。

ams現場應用工程師經理李銘豪在芯智訊主辦的“2020第四屆生物識別技術與應用高峰論壇”上表示，ams是光傳感解決方案的全球領導者，擁有開創性光學傳感和光譜傳感解決方案，廣泛的產品組合（包括顯示管理、接近傳感、BOLED等），此外在生物傳感、光譜傳感等新型市場和應用領域，ams也是技術領導者。

△ams現場應用工程師經理李銘豪

在具體的應用方面，近紅外光譜傳感器可用于水果成熟度及食品成份分析，可見光光譜傳感器（AS7341L）可對生物體的顏色精確定位，還可以應用于膚質的檢測和病毒檢測等方面。

特別值得一提的是，為了應對新冠疫情，ams在今年還利用可用于病毒檢測多通道的可見光光譜傳感器AS7341L與Senova聯合開發了全新的病毒抗體檢測解決方案，目前雙方聯合開發的CONVID-19病毒抗體測試盒已成功上市并已大批量使用 ，具有實驗室設備級品質。

據介紹，該方案采用了數字化LFT檢測方式，具有靈敏、經濟高效、可實現大批量生產、立即獲得檢測結果（幾分鐘）、可獲得數字數據的特點。同時該方案的檢測范圍非常廣，不僅僅可以用于COVID-19，也可以選擇其他特定的病毒。另外一個很大的優勢就是我們有連接性，可以通過藍牙模塊和云設備，對于數據進行采集，針對傳染病的分析具有很大的意義。

另外，在與生物識別密切相關的3D視覺領域，ams也有著全套的3D光學傳感器解決方案，涵蓋了結構光(SL)、飛行時間(iToF/dToF)、主動立體視覺(ASV)三種3D架構，以及其所需的VCSEL（垂直共振腔表面放射激光）、光學衍射元件（DOE）、準直鏡頭（WLO）、高量子效率NIR全局快門圖像傳感（與SmartSens合作）等關鍵元器件以及軟件、算法IP。

李銘豪表示，3D業務是最近幾年ams成長最快的業務之一。三年前，ams的營收在6億美元左右，去年增長到了超過20億美元，這很大程度得益于我們3D產品的增長，以及在人臉識別、智能家居、AR/VR、工業自動化、汽車等領域的應用。

對于去年以來比較熱的ToF技術，李銘豪透露，在遠距離的檢測上，dToF有著明顯的優勢。ams很早就推出了單點的ToF，在手機的對焦系統中有較為廣泛的應用。后續，ams還會推出4x4的，可以做手勢、運動等方面的應用。未來還將會推出ToF的陣列，可以應用于自動駕駛領域。

六、腦機接口技術：正從科幻逐步走向現實

相信大家都看過《黑客帝國》這部經典的科幻片，在片中，主角們的大腦通過一個線纜與電腦連接后，就可直接憑借意識暢游虛擬世界，對于自己不會的東西，只需幾秒鐘，將相關知識輸入大腦即可學會。此外還有卡梅隆導演的《阿凡達》當中，男主角通過意識替換控制阿凡達，然后又可通過阿凡達與飛龍進行意識對接，用意識直接控制飛龍。還有《阿麗塔：戰斗天使》中的腦神經與電子裝置對接，可直接通過意識自由的控制整個機械軀體。這些確實是非常的科幻，現在隨著腦機接口技術的發展，科幻有可能變為現實嗎？

對此，中科院深圳先進技術研究院腦功能圖譜與行為研究中心首席研究員李驍健博士在芯智訊主辦的“2020第四屆生物識別技術與應用高峰論壇”上表示，要實現這些科幻片中情節并非完全不可能，但是距離實現還非常的遙遠。而目前的腦機接口已經可以在一定程度上實現：彌補收發信息器官的帶寬差、替代受損傷的收發信息器官、不依賴收發信息器官直接和外界通訊。

△中科院深圳先進技術研究院腦功能圖譜與行為研究中心首席研究員李驍健博士

由于大腦的信息的收發是通過神經元來完成的，所以腦機接口需要通過“傳感器”來監聽神經元的活動，而傳感器（神經電極）距離神經元越近，信號的清晰度就會越高。

因此，腦機接口技術也分成了非侵入式（腦外）、侵入式（通過手術等方式直接將電極植入到大腦皮層）和半侵入式（將腦機接口植入到顱腔內，但是在大腦皮層之外）。

相比之下，侵入式的腦機接口門檻較高，但是信號的清晰度也更高。Space X及特斯拉創始人埃隆·馬斯克旗下的腦機接口公司Neuralink選擇的就是侵入式腦機接口技術。其最新的技術是利用一臺神經手術機器人向人腦中植入數十根直徑只有4-6微米的“線”以及專有技術芯片，然后可以直接通過無線的形式讀取大腦信號。與以前的技術相比，新技術對大腦的損傷更小，傳輸的數據也更多。

正如前面所提到的，由于侵入式腦機接口的門檻較高，目前主要是歐美企業在做，國內企業幾乎沒有涉及。即便是非侵入式的腦機接口技術，國內從事的企業也并不多。

據李驍健博士介紹，目前中科院深圳先進技術研究院腦功能圖譜與行為研究中心在侵入式腦機接口技術研究方面已經有了一些成功。比如在擬態神經電極陣列制造方面，已經實現具有有機柔性基底，可以完美貼附在腦組織表面，基本可以和腦組織融為一體。電極厚度約 1微米，寬度 5微米，單組 128通道；在高通量神經信息獲取和解析系統樣機方面，已擁有基于場編程門陣列和USB3.0技術的 1000通道，具有并行獲取神經信息的能力的系統樣機。每個通道可以達到 30K每秒采樣率。具有濾波、實時神經元信號探測和數據壓縮功能；在腦內微植入手術機器人方面，中科院已具有 5組獨立可編程自動操作的5維度位操作機械臂，定位精度小于 1微米?？赏瑫r對小動物的 5個腦區植入電極陣列。

“腦機接口技術并不是一項新技術，早在上世紀60-70年代，為了幫助很多殘疾退伍軍人，幫助他們生活自理，美國就開始研究運動腦機接口技術。目前在運動腦機接口技術方已經取得了非常大的成功。比如在2012年，第一個腦控機器人成功實現；2016年，第一個人腦控制癱瘓上肢也成功了。”李驍健博士說到。

對于腦機接口的研究，目前除了可以在一定程度上恢復運動功能，同時也可以用在視覺、聽覺、語言功能的恢復上，比如：人工耳蝸、人工視網膜、腦起搏器等。2019年第一個人腦神經解碼語音合成器研發成功，通過解碼與人類下頜、喉頭、嘴唇和舌頭動作相關的腦信號，可以合成出受試者想要表達的語音。

那么目前的腦機接口技術是否還可以用來治療腦精神疾病呢？李驍健博士表示，“這可能涉及多腦區協同的問題，現在問題在于我們怎么找到這些靶點，找到了才能做到。”

對于腦機接口技術未來的發展，李驍健博士認為，提供人腦控外骨骼機器人、腦神經與神經形態電子的融合人都將成為可能。另外，植入式的寬帶腦機接口裝置如果被未來的6G高帶寬無線網絡充分支持，或可實現多人多地域的腦信息自由交流。

七、靜脈識別市場快速興起，但仍面臨三大挑戰

相對于指紋、人臉、虹膜、語音/聲紋等生物識別技術來說，靜脈識別技術屬于應用相對小眾的一類技術。不過，隨著新冠疫情對于非接觸式生物識別技術的推動，以及今年9月底，基于非接觸式掌靜脈識別的Amazon One手掌支付系統的推出，靜脈識別技術開始得到了市場的廣泛關注。

靜脈識別技術是通過使用對人體無害的特定波長紅外光照射人體，由于皮膚和皮下的血管內的血液中的血紅蛋白對于紅外線不同反射差異的特性，將血管圖樣進行數字處理獲得血管影像。實時獲取血管圖像，將其與存儲的圖像進行特征比對匹配，實現身份認證及鑒別。

相對于其他生物識別技術來說，靜脈識別技術其具有以下六大特性：

1、誤識率低：誤識率低于千萬分之八，遠高于人臉識別和指紋識別，甚至比虹膜識別還要高（百萬分之一），堪稱業界精度最高；

2、支持活體識別：失去活體特征 數據不能讀?。◤尼t學方面看，手掌一旦離開了人體，整個生命活性不超過3分鐘就失效，血液中血紅蛋白也會破壞）；

3、快速易用；可以1秒識別，即使表皮破損、有污垢也不受影響；

4、特征穩定：手掌靜脈特征每個人不同， 左右手不同，且終生不變；

5、安全防盜：相對于人臉、指紋等暴露于人體體表的特征信息來說，手掌靜脈是位于人體內部的特征信息，無法盜取，更有利于保護個人隱私；

6、可實現非接觸式識別：不留痕跡。

不過，靜脈識別也同樣面臨著一些挑戰：

1、專利挑戰。

靜脈識別技術雖然在過去屬于是一個小眾型技術，相關的從業企業并不多。但是，在日本，指靜脈技術已得到廣泛應用。如銀行ATM機、接入存有大量個人信息的PC機、門禁考勤管理系統、保險箱管理、復印機管理、電子支付等需要進行身份認證的領域。在日本80%的銀行引入了日立指靜脈產品，約65000臺ATM機安裝了日立指靜脈認證裝置。在計算機開機保護方面的應用市場占有率近50%。除了日立之外，日本的另外一家廠商富士通也是靜脈識別技術的力推者。這也使得目前在靜脈識別領域的核心專利主要都被日本廠商所掌握。

根據研究機構的數據顯示，不論是在指靜脈還是掌靜脈領域，專利排名前20企業基本都是日本的企業。

在芯智訊主辦的“2020第四屆生物識別技術與應用高峰論壇”上，中科院深圳先進技術研究院醫工所高工劉宇航也表示，“目前國內靜脈識別產品的問題。我認為最重要的是專利問題。我們國家的起步較晚，在核心專利缺乏的情況下，現在在國內的產品推廣范圍也比較小，很多企業沒有太多考慮專利的問題。以后隨著應用范圍的擴大，國家對于知識產權越來越重視，我們希望可以擁有國產的自主知識產權的專利。”

△中科院深圳先進技術研究院醫工所高工劉宇航

2、成像挑戰

由于我們的血管是3D的，因此不同的角度或位置偏移情況下，獲得的3D成像圖案是不一樣的。特別是對于指靜脈識別來說，只是輕微的旋轉或者偏移，就可能與系統中留存的底圖出現較大差異，使得無法識別。因此，我們需要在算法上解決放置不規范的問題，這跟用戶體驗度關系特別大。需要在算法中加入手法的校正，還需要解決速度和識別率的問題。

此外，指靜脈雖然是全年齡段都可以使用的技術。隨是著年齡、溫度、健康狀態的變化，以及是否壓迫血管，還是會造成不小的影響。這也需要通過一些AI算法來解決。

3、算法平臺的挑戰

基于前面所提到的成像上的問題，在進行靜脈識別相關算法研究時，還需要考慮功耗、成本和速度的問題。

劉宇航表示：“機器學習在我們生物識別領域應用非常廣泛的技術，可以達到很高的識別率。對硬件的要求成本也會很高。剛才說到指靜脈的幾種產品，大部分都是算法集成在嵌入式平臺上的，我們主流的算法還是會使用經典的算法。經典算法面臨一個問題，如何做到特別高的容量，并且保證計算速度。因此，我們在做算法研究和產品推進時，需要針對不同的應用需求權衡功耗、成本、速度等，對產品基于功能的定制化設計，這應該是我們需要考慮的地方。”

而對于靜脈識別未來的發展，劉宇航透露，2020年靜脈識別會有一些新的應用，除了亞馬遜的Amazon One之外，靜脈識別進入智能手機的研究也正在進行當中?，F場她還展示了基于小米8、小米Pocophone F1前置紅外鏡頭實現的手腕部靜脈識別。

八、3D視覺領域所面臨的“芯”難題

對于人臉識別、虹膜識別、靜脈識別等生物識別技術來說，都需要用到攝像頭。而作為全球知名的攝像頭模組廠商，舜宇光學的產品不僅涵蓋了鏡頭、鏡片等光學零部件，還包括各類攝像頭模組、3D模組等。

作為全球知名的光學企業，可能提起舜宇，在大家的印象里，主要是手機鏡頭模組、車載鏡頭模組、安防鏡頭、光學儀器等業務，但舜宇不止于此，持續開拓新業務，涉獵AR/VR、無人機、機器人、智能家居、新零售等領域，由其子公司舜宇智能光學承接，其鏡頭模組出貨量也達一定規模。

此外，舜宇在3D視覺市場布局近10年，在3D結構光和3D ToF模組、模塊方面推出多款產品，并且滿足刷臉支付安全要求。

△舜宇智能光學市場總監周家録

在2020第四屆生物識別技術與應用高峰論壇上，舜宇智能光學市場總監周家録分享了3D視覺模塊所面臨的“芯”難題。

周家録坦言，在3D視覺模塊開發過程中，面臨的“芯”問題還是不少。比如在商務層面，一些品牌SoC廠商支持力度有限，對于細分市場來說且價格偏高。另外一些初創公司，雖然有做3D結構光算法硬化，芯片設計簡潔，單應用相對單一，很難滿足通用化的市場。在技術層面，通用SOC，在單處理視覺方面普遍出現性能冗余現象；HDR-ISP普遍不支持或不滿足客戶要求。

“在3D刷臉支付里，需要低成本、低功耗的3D視覺模塊方案，現在的3D結構光方案相對成熟，但是ToF卻依然存在一些問題，我們現在碰到的問題非常大，一個高分辨率的ToF方案，沒有性價比高的平臺可以支撐。”周家録說到。

九、思特威：圖像傳感器如何賦能生物識別多元化創新應用

對于人臉識別、虹膜識別、靜脈識別、光學指紋等眾多生物識別技術來說，都需要用到攝像頭，而對于攝像頭來說，CIS圖像傳感器則是屬于關鍵的核心器件。

在芯智訊主辦的“2020第四屆生物識別技術與應用高峰論壇”上，國產CIS圖像傳感器廠商思特威電子高級銷售總監金方其也表示，高質量的影像獲取技術是賦能生物識別應用的關鍵。隨著生物識別技術的發展，對于圖像傳感器也將會提出更高的要求：

1、未來傳感器在生物識別的分辨率肯定越來越高。目前主流應用可能在200萬、400萬、800萬的分辨率上。后續需求可能是1200萬、1600萬甚至是更高分辨率傳感器方向發展。

未來在交通、人臉抓拍場景，要求分辨率達到4K以上。在交通應用場景中抓拍人臉，必須要求人臉至少80-100個像素，因為低于這個像素識別準確率會大大降低。按照這個場景，車子抓拍距離大概是24米，人臉要保持80-100像素的話，監控2-3個車道對圖像傳感器橫向分辨率至少達到4K或者以上。這對圖像傳感器分辨率的要求非常高。

△思特威電子高級銷售金方其

金方其透露，思特威即將推出的下一代的傳感器芯片平臺，將感興趣區域（ROI），比如人臉、車牌等圖像區域，以一個更高分辨率的圖像輸出，以利于提高后端算法的識別準確率。

2、在很多生物識別場景里，高動態范圍是非常常見的場景，比如各種光線場景下的人臉識別。這對圖像傳感器的動態范圍能力要求非常高。

那么怎么做到動態范圍提升？金方其表示，傳統有Stagger HDR（多次曝光的寬動態）技術，動態范圍可以達到140dB。但它也有劣勢，因為采用長短曝光，拍攝運動物體會有運動物體邊緣模糊的問題。對此，思特威推出了新的寬動態技術：Qcell HDR和PixGain HDR。PixGain HDR是單次曝光的寬動態技術，不會造成運動物體的邊緣模糊，可以提升動態范圍至90dB。

此外，思特威的Global Shutter像素技術，創新性的采用Voltage Domain的BSI技術，獨有的單幀HDR技術可以提升Global Shutter Sensor的動態范圍至100dB。另外，思特威針對智能交通的應用還推出了分區域曝光的HDR技術，動態范圍達到120dB。

3、對圖像傳感器的幀率要求越來越高；

△據介紹，高幀率的需求是未來生物識別領域對圖像傳感器的一個重要考量指標。思特威的圖像傳感器最高幀率可以做到1000幀以上。上圖是超高幀率攝像機拍攝到的視頻，非常短暫的一瞬間，被完整清晰的記錄下來呈現在我們眼前。

4、對圖像傳感器的靈敏度要求越來越高。

不管是安防還是交通領域，超高的靈敏度也是圖像傳感器發展的重要趨勢。對此，思特威也推出了SFCPixel技術，可以把Source Follower放置在更接近PD的位置，同等電子下獲得更高的電壓，從而獲得更高的靈敏度。

未來在結構光、ToF的帶動下，對近紅外的要求也會越來越高?，F在大家重點提升850-940納米波段的量子效率，思特威通過和晶圓廠深度合作，在工藝上在940nm QE值能夠增加一倍，絕對值達到40%以上。

從市場出貨方面來看，金方其透露，“2017年起，思特威已連續多年在安防市場CIS出貨量達到第一。2020年在復雜的形勢下我們依然保持翻倍的增長，預計今年可以做到2億顆Sensor的出貨。我們在Global Shutter圖像傳感器全球出貨量也是第一。2020年我們入選了Sillicon 100，這也是整個行業對于我們公司的認可。”

值得一提的是，就在10月份，思特威電子還成功完成了由國家大基金、小米產業投資等領投的15億元人民幣的融資。

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