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雷鋒網按：本文作者7Tens，手機行業十余年老兵。文章首發于微信公眾號“半導體行業觀察”（公眾號ID：icbank）。
昨晚三星舉辦了發布會，帶來了最新一代旗艦Galaxy Note 7，除了三星引以為傲的雙曲面屏外，另外新手機還搭配了之前盛傳的虹膜識別。毫無疑問，三星Galaxy Note 7將掀起下半年的安卓智能手機競爭旋風。
Galaxy Note 7的配置列表
但Galaxy Note 7的“黑科技”遠不止這兩項。在本文，我們來深入探討一下三星新手機上的虹膜識別和Sensor Hub，帶大家進入一個新的技術世界。
如果要給Galaxy Note 7選一個最讓人動心的新科技，我相信應該是虹膜識別。
自從蘋果在iPhone 5s上帶來了指紋識別以后，手機產業界就對這個全新的手機安全保護方式展開了瘋狂的追逐。但是傳統的指紋識別在安全和解鎖上會帶來一定的困擾。因此三星在其新旗艦上帶來了虹膜識別。
虹膜識別是一種生物識別方式，工作方式是通過檢查人眼球內的虹膜結構來達到用戶信息確認的目的。由于人的虹膜終身不變，就算平時我們常見的近視眼、白內障、紅眼病對虹膜也完全不會造成破壞，這些特征決定了虹膜特征以及身份識別的唯一性。
虹膜識別的主要流程分為：虹膜檢測、虹膜活體檢測和用戶身份識別。
虹膜識別的流程圖解
根據觀察，目前的虹膜識別的工作方式主要是通過紅外掃描來實現虹膜的解鎖，實際應用的時候則利用一個發光二極管（紅外光）和光接收傳感器工作，在虹膜檢測時，首先打開紅外LED，紅外LED發出紅外光，打到人的眼球上再反射回來，由虹膜Camera捕捉圖片，供后端算法進行識別。
虹膜識別的模組簡約構成
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。
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：
1、Camera Sensor
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、虹膜模組
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、模組Lens
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
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：
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。
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，不在任何硬件里面。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。
目前虹膜算法費用相對來說較高，這也會影響虹膜的起量。當然，這個畢竟是純軟件成本，相信起量后，費用不會太高。另外，虹膜功耗相對來說比較大(需要打開屏和攝像頭)，所以在手機上主要功能是起到替代密碼的作用，作用單一也影響到其以后的發展。
目前FIDO（Fast Identity Online）聯盟即線上快速身份驗證聯盟致力在手機上“消滅密碼”，而安全支付在手機上也越來越重要，虹膜識別做為安全級別極高的一種生物特征識別技術，勢必會在密碼認證上占有一席之地。三星Note7會不會打開虹膜識別登陸手機標配的登錄密碼嗎？
在三星的發布會上，除了對虹膜識別的支持，對近來熱炒的VR的完美支持，更是Note 7的另一大特點。由于VR設備需要及時檢測到頭部的運動，及時更新相關的顯示。這就需要Sensor Hub的精準算法，因為只有好的算法，才能讓VR設備做出及時的相應。這就引出了今天我們討論的另一個重點——Sensor Hub。
Sensor Hub，中文名：傳感器控制中心。Sensor Hub主要有兩個功能：
1、在CPU休眠的情況下，實現對傳感器的實時控制，從而達到降低功耗的功能。
2、將不同類型Sensor的數據進行融合，實現多種sensor數據結合才能實現的功能。
而概括地看，Sensor Hub可以執行以下操作：
1、手勢識別：感測人的手勢，如：翻轉手機，敲打手機，搖晃手機，拿起手機等手勢。可實現案例：翻轉靜音，拒接電話，搖晃切換背景圖片以及拿起接聽電話等功能。
2、設備狀態識別：感測設備的狀態，如：手機面朝上/朝下， 手機在桌子上，還是在口袋里，還是在人手里。可實現案例：手機在口袋里時，自動將來電鈴聲放至最大；而在桌子上的時候，調至靜音震動模式。
3、用戶狀態識別：感測用戶的狀態，如：跑步，走路，站立，坐下等。實現功能： 在走路/跑步時，自動打開記步功能，而站立和坐下后，暫停相關功能。
4、用戶交通行為判斷：感測用戶乘坐交通時的狀態，如：開車，坐火車，坐電梯等。實現功能： 在開車狀態，自動藍牙連接；而在火車上接電話，開啟消噪功能。
5、室內定位/室內導航：室外定位目前主要是GPS+AGPS。AGPS是通過手機附近的基站獲取GPS輔助信息（包含GPS的星歷和方位俯仰角等），從而幫助GPS快速，準確定位。在GPS信號不強的情況下，手機也可以通過多個手機基站進行定位。
但GPS和AGPS無法解決室內的精確定位的問題。而目前普遍的室內定位方式，則是手機通過判斷與周圍的WiFi路由器或低功耗藍牙BLE設備的距離，來判斷手機的室內位置。Apple采用的iBeacon技術，則是利用低功耗藍牙BLE實現位置定位等各種應用。
不過無論通過GPS/AGPS定位，還是通過WiFi/藍牙的定位，通過Sensor Hub，可以融合當前運動的加速度，角速度進行慣性導航，而有了地磁的數據，可以準確的判斷運動的方向，并更準確的進行室內定位。
而且融合了Sensor Hub的數據，可以實現更多的功能，尤其在室內室外切換。
常見實現功能：
1、車輛突然行駛至隧道或者高架下方后，突然失去了GPS的信號，這時手機只需要通過判斷當前運動的加速度和角速度，就可以準確判斷車輛的運動方向。
2、結合氣壓傳感器后，可以迅速定位用戶所在的樓層，幫助用戶找到想去的商家店鋪，或者尋車。
3、若再結合攝像頭， 還可以在當前拍攝畫面上，進行導航。（如告知店鋪位置，告知方向）
4、在可穿戴/VR上的應用：由于Sensor Hub 可以實現精準的設備狀態識別和用戶狀態識別，所以Sensor Hub可以在可穿戴和VR上發揮很大的作用。比如抬起手，手環顯示時間。比如打VR游戲的時候，VR設備通過Sensor Hub數據判斷用戶的狀態，從而顯示不同的場景。
一個具有如此強悍能力的輔助，那么Sensor Hub是怎么工作的呢？據了解，它主要是需要一個MCU或DSP去處理相關的Sensor數據。
而在手機上，實現Sensor Hub，共有三種方式：
1、將Sensor Hub 做為單獨芯片，放置在CPU與各類MEMS之間。
優勢：Sensor Hub芯片和MEMS都可以靈活切換。可選性多樣化。
劣勢：需要支持種類多，調試難。
2、將Sensor Hub與MEMS合二為一，接收不同sensor給來的信號進行融合，再將融合后的信號提供給AP。
優勢：由于sensor已經選好，調試相對簡單。
劣勢：sensor基本固定，客戶不能自行選擇。
3、由AP來集成Sensor Hub，sensor先將數據提供給AP內部的Sensor Hub，Senor Hub融合后再將數據提供給AP。
優勢：sensor選擇自由，有機會降低成本。
劣勢：對AP算法難度大，AP需要與各sensor協調作戰。
從成本來看，如果將sensor放在外面，無論是獨立的還是與sensor放在一起都會增加額外的成本。而AP一方面可以通過低制程來降低MCU的成本，另一方面也可以與其他功能共同分享一個MCU，從而達到降低成本的目的。
從手機生態鏈來看，第一種是有MCU的公司希望看到的局面，不過除了像ST這種既有MCU技術又有Sensor技術的公司才有能力去做大這件事。之前Apple，Samsung用的就是這種方案。但Apple最新方案用的是第三種。而Sensor公司肯定希望做第二種，因為這樣一方面可以打包銷售自己所有的Sensor，另外一方面也可以提升自己的Revenue。但是多數Sensor公司在MCU領域并沒有太多的耕耘。第三種則是AP供應商希望實現的方式。而目前來看，也是客戶最想看到的方式。雖然這樣會要求AP廠商實現相關的算法，但對終端客戶來看，這樣也能更方便選擇不同類型的sensor，從而獲得更好的性價比。
從智能穿戴生態鏈來看，第一種有著一定的優勢。比如智能手環就可以通過Sensor Hub的MCU完成對Sensor數據的融合，并實現部分控制，而不需要再加入主控芯片。所以做獨立Sensor Hub的公司目標市場除了手機，也會把更多的精力放在智能穿戴上。
并不是所有技術的出現都能給產業帶來新的巨變，強如蘋果也有曾經折戟的時候，作為安卓陣型的最強大的領軍人，依賴于完善的產業鏈，三星一直都走在和蘋果競爭的最前線，也是安卓陣型唯一可以和蘋果抗衡的廠商。而三星本身在技術上的開發和投入也是值得同行欽佩的。在智能手機功能同質化的今天，三星能夠通過強推這兩個技術，為業內注入一股活水，推動智能手機產業的進一步發展，這就留待大家評價。
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