【IC设计】挑战与机遇并存！2020第四届生物识别技术与应用高峰论坛圆满落幕
在生物识别领域离不开光学，在人脸识别，虹膜识别，tof雷达，都需要用到光学，也用到光学滤光片，如940nm滤光片，这些红外波段。下面介绍关于生物识别峰会的光学应用。
2020年10月30日下午，由芯智讯主办的“新挑战·新机遇——2020第四届生物识别技术与应用论坛”，本次高峰论坛汇聚了来自旷视科技、兆易创新、艾迈斯半导体、高德智感、舜宇智能光学、思特威、欧菲智联等两百多家产业链上下游企业，以及中科院深圳先进技术研究院等研究机构和行业媒体，近300人参与。
一、生物识别产业的新挑战与新机遇
本次论坛活动的主题为“新挑战·新机遇”，因此在活动开场前，芯智讯创始人兼总编杨健也以此为题，做了对于整个生物识别产业现状和未来发展的剖析。
所谓新挑战，一方面是新冠疫情，另一方面则是中美科技战，都对于包括生物识别在内的整个科技产业链的带来了新的挑战。不过生物识别也迎来的新的发展机遇，特别是的对于非接触式生物识别技术来说。
根据报告预测，受新冠病毒大流行的影响，非接触式生物识别技术将迎来快速发展，到2026年，全球非接触式生物识别技术市场将接近186亿美元，复合年增长率为19.1%。
研究机构的最新报告对非接触式生物识别的发展更为乐观，根据他们的预测，从2020年到2030年，非接触式生物识别技术将顺应新冠大流行的浪潮，复合年增长率达到17.4%，全球市场规模将增长五倍，达到700亿美元。
杨健还引述了另一份一份预测报告显示，2020年全球生物识别市场预计将达到241亿美元，而在这之后的7年，年复合年增长率将达到19.3%。到2027年，全球生物识别市场规模预计将达到828亿美元。届时，仅中国的市场规模预计将占到全球的一半份额，即超过400亿美元。
“从各项研究数据来看，至少未来七八年内，全球的生物识别产业仍将保持接近20%左右的年复合增长率高速的发展，市场前景广阔，大有可为。”杨健先生在开场致辞最后总结到。
二、旷视科技谢忆楠：计算机视觉需要更多的“＋”
作为全球知名的人工智能及人脸识别技术厂商，旷视科技资深副总裁谢忆楠在芯智讯主办的“2020第四届生物识别技术与应用高峰论坛”上做了主题为《CV 的技术洞察与实践》的分享。
谢忆楠表示：“在视觉领域里你能做得越多越好，你才能看理解后能做到什么样。之前旷视主要做人脸识别，现在我们做机器视觉算法，可以做更多的事情。对于计算机视觉（CV）企业来说，如何让CV这件事变成“ ”号，如何往下加得更深，如何向前向后延展，才是更具价值的事情。”
为此，旷视在神经网络结构创新、低比特网络（超强性能功耗比）、算法训练的规模化路径、算法自演化、针对移动端的高效卷积神经网络、算法与芯片Co-Design以及AutoML等方面做了很多的工作。此外在系统层面，旷视还开源了深度学习框架天元，开源了三位一体的自研的AI生产力平台Brain ，通过工程化，极大的提升了效率。在数据层面，旷视还推出了全球最大的精标物体检测数据集Objects356。
“会议的主题是‘新挑战·新机遇’，技术的突破是我们面临的挑战。技术突破越深，我们才能通过AI创造更多的价值。如果我们沿着之前的技术方向一直往下，真正要实现的东西是对技术不断的深入。CV这件事不断通过‘ ’号越深越广才会越好，才能真正给大家带来更多的价值。”谢忆楠最后总结到。
三、兆易创新的生物识别传感器布局：电容、光学、大面积TFT、超声指纹，ToF全面发力
作为国内知名的NOR Flash及MCU厂商，2019年兆易创新成功并购国内第二大的指纹识别芯片厂商思立微，成立传感器事业部。
除了原有的电容式触控芯片、电容指纹芯片、OLED屏下光学指纹芯片之外，兆易创新还在去年推出了TFT大面积屏下指纹识别芯片（待量产）以及第一颗一体式MEMS超声波指纹芯片（待量产），今年还推出了第一颗特殊工艺的ToF芯片。
目前兆易创新已经国内仅有的两家可量产供货光学指纹芯片的企业之一，同时触控和指纹产品也广泛应用于国内外知名的移动终端厂商，也是全球唯一能提供包括电容、光学、大面积、超声等最全指纹方案的供应商。
兆易创新传感器事业部ToF市场总监刘浩雷在芯智讯主办的“2020第四届生物识别技术与应用高峰论坛”上详细介绍了兆易创新的大面积TFT指纹芯片、超声指纹芯片以及针对3D市场的ToF芯片。
对于目前出现了iToF和dToF技术路线之争，刘浩雷告诉芯智讯：“在我们来看，iToF和dToF本身是各有特点，一段时间内iToF和dToF会并行。以手机为例，iToF的分辨率比较高，适合前摄，人脸解锁、支付。dToF的优点在于距离、测量精度在工作范围内相对固定，更适合远距离场景。dToF的低分辨率、产业链、工艺成熟度及成本都需要提升，有很大成长空间。在较长周期内iToF和dToF存在于各自的重要市场。”
四、掌握核心战“疫”利器，后疫情时代高德红外如何出圈？
在今年爆发的新冠疫情防控当中，能实现远距离（可达数米）、非接触式、多目标同时快速进行体温检测的全自动红外热成像测温设备，成为了“战疫”利器，而其中的红外探测器则是核心器件。
作为国产红外热成像设备的领军企业，高德红外早在2009年就开始自主研发红外热成像探测器，经过数年的研发，终于在2013年成功推出了首款红外热成像芯片，随后又解决了MEMS、陶瓷封装、读出电路设计、晶圆级封装等关键技术，成为了当时国内唯一一家拥有自主红外热成像芯片生产线的企业。
目前高德红外在国内已拥有三条8英寸探测器芯片(制冷、非制冷)批产线，同时，高德红外还成功构建了从底层红外核心器件，到顶层完整光电系统的全产业链研发生产体系。作为武汉本土企业，在今年的疫情防控当中发挥了极为重要的作用，特别是在武汉封城导致供应链中断的情况下。
高德红外子公司高德智感市场总监金朝昊先生在芯智讯主办的“2020第四届生物识别技术与应用高峰论坛”上也表示，“目前高德红外用的所有Sensor都是自主研发的红外芯片。到现在我们公司不需要再进口任何一片红外传感器的芯片，我们把芯片做到多样化，将一致性、均匀性、稳定性做得非常好。能够确保即便在大批量出货的情况下，我也能保证每一片红外探测器的性能，这样就能确保在生产防疫设备时的测温精准性。”
当然，疫情确实推动了高德红外及高德智感今年营收的暴涨，但是我也需要考虑，疫情之后我们如何继续保持增长，因此高德红外也在不断开拓新的市场。
据介绍，目前高德智感还联合合作伙伴开发了一系列的创新形态产品，比如机器人、刷脸面感机、闸机、AR眼镜等。还将红外热成像技术的应用领域进一步扩展到了智慧养老（在卧室、浴室等区域，红外图像可以提供具有隐私保护的姿态检测）、智能家居（比如与空调厂商合作，将红外热成像技术与空调集成在一起，可识别人体方位、数量、人体与室温的温差，自动调节温度）、儿童看护（可以监控婴儿夜间踢被子的情况）、儿童健康、智慧酒店、智能楼宇、智能辅助驾驶、支付安全（目前3D人脸可被3D面具破解，但是加上体温检测后，可以更加安全，因为人脸的面部温度分布是有差异的。）
五、艾迈斯半导体：可提供创新的光谱技术和完整的3D传感技术
作为全球知名的传感器厂商，艾迈斯半导体（ams）拥有极为丰富的传感器产品组合，覆盖了光学、成像、环境、音频四大领域。
在与生物识别密切相关的3D视觉领域，ams有着全套的3D光学传感器解决方案，涵盖了结构光(SL)、飞行时间(iToF/dToF)、主动立体视觉(ASV)三种3D架构，以及其所需的VCSEL（垂直共振腔表面放射激光）、光学衍射元件（DOE）、准直镜头（WLO）、高量子效率NIR全局快门图像传感（与SmartSens合作）等关键元器件以及软件、算法IP。
ams现场应用工程师经理李铭豪在芯智讯主办的“2020第四届生物识别技术与应用高峰论坛”上表示，3D业务是最近几年ams成长最快的业务之一。三年前，ams的营收在6亿美元左右，去年增长到了超过20亿美元，这很大程度得益于我们3D产品的增长，以及在人脸识别、智能家居、AR/VR、工业自动化、汽车等领域的应用。
对于去年以来比较热的ToF技术，李铭豪透露，在远距离的检测上，dToF有着明显的优势。ams很早就推出了单点的ToF，在手机的对焦系统中有较为广泛的应用。后续，ams还会推出4x4的，可以做手势、运动等方面的应用。未来还将会推出ToF的阵列，可以应用于自动驾驶领域。
特别值得一提的是，为了应对新冠疫情，ams在今年还利用可用于病毒检测多通道的可见光光谱传感器AS7341L与Senova联合开发了全新的病毒抗体检测解决方案，目前双方联合开发的CONVID-19病毒抗体测试盒已成功上市并已大批量使用 ，具有实验室设备级品质。
六、脑机接口技术：正从科幻逐步走向现实
相信大家都看过卡梅隆导演的《阿凡达》，男主角通过意识替换控制阿凡达，然后又可通过阿凡达与飞龙进行意识对接，用意识直接控制飞龙。还有《阿丽塔：战斗天使》中的脑神经与电子装置对接，可直接通过意识自由的控制整个机械躯体。这些确实是非常的科幻，现在随着脑机接口技术的发展，科幻有可能变为现实吗？
对此，中科院深圳先进技术研究院脑功能图谱与行为研究中心首席研究员李骁健博士在芯智讯主办的“2020第四届生物识别技术与应用高峰论坛”上表示，要实现这些科幻片中情节并非完全不可能，但是距离实现还非常的遥远。而目前的脑机接口已经可以在一定程度上实现：弥补收发信息器官的带宽差、替代受损伤的收发信息器官、不依赖收发信息器官直接和外界通讯。
由于大脑的信息的收发是通过神经元来完成的，所以脑机接口需要通过“传感器”来监听神经元的活动，而传感器（神经电极）距离神经元越近，信号的清晰度就会越高，因此侵入式的脑机接口技术更具价值。
Space X及特斯拉创始人埃隆·马斯克旗下的脑机接口公司Neuralink选择的就是侵入式脑机接口技术。但由于侵入式脑机接口的门槛较高，目前主要是欧美企业在做，国内企业几乎没有涉及。即便是非侵入式的脑机接口技术，国内从事的企业也并不多。
据李骁健博士介绍，目前中科院深圳先进技术研究院脑功能图谱与行为研究中心在侵入式脑机接口技术研究方面已经有了一些成功。比如在拟态神经电极阵列制造方面，已经实现具有有机柔性基底，可以完美贴附在脑组织表面，基本可以和脑组织融为一体。电极厚度约 1微米，宽度 5微米，单组 128通道；在高通量神经信息获取和解析系统样机方面，zhongek已拥有基于场编程门阵列和USB3.0技术的 1000通道，具有并行获取神经信息的能力的系统样机。每个通道可以达到 30K每秒采样率。具有滤波、实时神经元信号探测和数据压缩功能；在脑内微植入手术机器人方面，中科院已具有 5组独立可编程自动操作的5维度位操作机械臂，定位精度小于 1微米。可同时对小动物的 5个脑区植入电极阵列。
对于脑机接口技术未来的发展，李骁健博士认为，提供人脑控外骨骼机器人、脑神经与神经形态电子的融合人都将成为可能。另外，植入式的宽带脑机接口装置如果被未来的6G高带宽无线网络充分支持，或可实现多人多地域的脑信息自由交流
七、静脉识别市场快速兴起，但仍面临三大挑战
相对于指纹、人脸、虹膜、语音/声纹等生物识别技术来说，静脉识别技术属于应用相对小众的一类技术。不过，随着新冠疫情对于非接触式生物识别技术的推动，以及今年9月底，基于非接触式掌静脉识别的Amazon One手掌支付系统的推出，静脉识别技术开始得到了市场的广泛关注。
相对于其他生物识别技术来说，静脉识别技术其具有误识率低（低于千万分之八）、支持活体识别、快速易用、特征稳定、安全防盗、可实现非接触式识别。
不过，静脉识别也同样面临着很多挑战。
1、专利挑战。根据研究机构的数据显示，不论是在指静脉还是掌静脉领域，专利排名前20企业基本都是日本的企业。
在芯智讯主办的“2020第四届生物识别技术与应用高峰论坛”上，中科院深圳先进技术研究院医工所高工刘宇航也表示，“目前国内静脉识别产品的问题，我认为最重要的是专利问题。”
2、成像挑战：由于我们的血管是3D的，因此不同的角度下或位置偏移下，获得的3D成像图案是不一样的。需要在算法中加入手法的校正，还需要解决速度和识别率的问题。此外，随是着年龄、温度、健康状态的变化，以及是否压迫血管，还是会造成不小的影响。这也需要通过一些AI算法来解决。
3、算法平台的挑战，基于前面所提到的成像上的问题，在进行静脉识别相关算法研究时，还需要考虑功耗、成本和速度的问题。
刘宇航表示：“机器学习在我们生物识别领域应用非常广泛的技术，可以达到很高的识别率。对硬件的要求成本也会很高。因此，我们在做算法研究和产品推进时，需要针对不同的应用需求权衡功耗、成本、速度等，对产品基于功能的定制化设计，这应该是我们需要考虑的地方。”
八、3D视觉领域所面临的“芯”难题
对于人脸识别、虹膜识别、静脉识别等生物识别技术来说，都需要用到摄像头。而作为全球知名的摄像头模组厂商，舜宇光学的产品不仅涵盖了镜头、镜片等光学零部件，还包括各类摄像头模组、3D模组等。
作为全球知名的光学企业，可能提起舜宇，在大家的印象里，主要是手机镜头模组、车载镜头模组、安防镜头、光学仪器等业务，但舜宇不止于此，持续开拓新业务，涉猎AR/VR、无人机、机器人、智能家居、新零售等领域，由其子公司舜宇智能光学承接，其镜头模组出货量也达一定规模。
此外，舜宇在3D视觉市场布局近10年，在3D结构光和3D ToF模组、模块方面推出多款产品，并且满足刷脸支付安全要求。
在2020第四届生物识别技术与应用高峰论坛上，舜宇智能光学市场总监周家録分享了3D视觉模块所面临的“芯”难题。
周家録坦言，在3D视觉模块开发过程中，面临的“芯”问题还是不少。比如在商务层面，一些品牌SoC厂商支持力度有限，对于细分市场来说且价格偏高。另外一些初创公司，虽然有做3D结构光算法硬化，芯片设计简洁，单应用相对单一，很难满足通用化的市场。在技术层面，通用SOC，在单处理视觉方面普遍出现性能冗余现象；HDR-ISP普遍不支持或不满足客户要求。
“在3D刷脸支付里，需要低成本、低功耗的3D视觉模块方案，现在的3D结构光方案相对成熟，但是ToF却依然存在一些问题，我们现在碰到的问题非常大，一个高分辨率的ToF方案，没有性价比高的平台可以支撑。”周家録说到。
九、思特威：图像传感器如何赋能生物识别多元化创新应用
对于人脸识别、虹膜识别、静脉识别、光学指纹等众多生物识别技术来说，都需要用到摄像头，而对于摄像头来说，CIS图像传感器则是属于关键的核心器件。
在芯智讯主办的“2020第四届生物识别技术与应用高峰论坛”上，国产CIS图像传感器厂商思特威电子高级销售总监金方其也表示，高质量的影像获取技术是赋能生物识别应用的关键。随着生物识别技术的发展，对于图像传感器也将会提出更高的要求：
1、未来传感器在生物识别的分辨率肯定越来越高。目前主流应用可能在200万、400万、800万的分辨率上。后续需求可能是1200万、1600万甚至是更高分辨率传感器方向发展；2、在很多生物识别场景里，高动态范围是非常常见的场景，比如各种光线场景下的人脸识别。这对图像传感器的动态范围能力要求非常高；3、对图像传感器的帧率要求越来越高；4、对图像传感器的灵敏度要求越来越高。
金方其透露，思特威即将推出的下一代的传感器芯片平台，会将感兴趣区域（ROI），比如人脸、车牌等图像区域，以一个更高分辨率的图像输出，以利于提高后端算法的识别准确率。另外，在动态范围提升方面，思特威也有Qcell HDR、PixGain HDR和Global Shutter像素技术。在高帧率方面，思特威的图像传感器最高帧率可以做到1000帧以上。在高灵敏度方面，思特威也推出了SFCPixel技术。在近红外CIS方面，思特威还通过和晶圆厂深度合作，在工艺上在940nm QE值能够增加一倍，绝对值达到40%以上。