隨著科技不斷推陳出新，國立陽明交通大學 (NYCU) 郭浩中講座教授和玉山青年學者黃耀緯助理教授團隊，與鴻海研究院 (HHRI) 半導體所洪瑜亨博士團隊攜手合作，成功開發出「基於光子晶體面射型雷射和超穎介面整合的深度感測與臉部識別系統」，這一傑出成果的相關論文《Metasurface-and PCSEL-Based Structured Light for Monocular Depth Perception and Facial Recognition》已正式發表在全球頂尖「奈米通訊 (Nano Letters)」期刊上，此研究成果亦獲選為該期刊2月的封面與封面故事。該期刊一直以來的影響力指數 (Impact Factor, IF) 常年維持在10以上，獲得了全球廣泛的關注。論文詳情可參閱 https://doi.org/10.1021/acs.nanolett.3c05002 。

空間計算技術 (spatial computing) 能將機器、人員和物件的活動及所在環境數位化，為最佳化各種動作和互動提供更精準的基礎。這次合作匯聚了鴻海研究院與陽明交大研究團隊在新穎奈米光學技術與人機互動感測領域的專業知識，共同推動深度感測和臉部識別技術的創新發展。整套系統結合了光子晶體面射型雷射 (photonic crystal surface-emitting laser, PCSEL) 與超穎介面 (metasurfaces)，提供更準確且高效的深度感測，同時實現臉部識別的功能。

圖一、(a) 我們提出的深度感測系統設置示意圖。(b) 蘋果iPhone中的Face ID模組 (左) 和超穎介面 (右) 的比較。

我們的技術突破主要體現在於傳統點陣投影儀 (dot projector) 使用垂直共振腔面射型雷射陣列(vertical-cavity surface-emitting laser array, VCSEL array) 作為光源，透過透鏡系統投射至多階繞射光柵，形成偽隨機多光束分佈的結構光的方式。相較之下，我們的系統首次引入單顆光子晶體面射型雷射作為光源，直接投射雷射光於我們設計好的超穎介面全像片上。這使得我們的系統能夠從大約300微米尺寸的樣品區域投射出多達45,700個紅外結構光光點，同時擁有158°的寬視場。

與iPhone手機上的陣投影儀模組相比，我們的系統具有顯著的優勢，包括面積縮小233倍，結構光光點增加1.43倍，視場增加2倍，且無需額外透鏡系統的設計。臉部偵測的部分，我們系統與iPhone手機上的陣投影儀模組獲得相近的成績，代表商用的可行性。這種創新設計使得未來將超穎介面與光子晶體面射型雷射做單石整合時，可以進一步縮小整體體積。在點陣投影儀模組積體化的同時，該架構的功耗亦可縮小達5-10倍，真正實現微縮、輕量化與節能的目的，並使其更容易整合於空間計算技術和行動與穿戴裝置之中。

圖二、深度感測與臉部識別系統設置和結果。
(a, b) 系統設置與正面視圖。(c) 我們所提出的系統可投射出多達45,700個紅外結構光光點於大衛石膏像上。(d) 大衛石膏像的3D重建。(e) 由我們系統所生成的面部識別測試及結果。(f−h) 對比蘋果iPhone手機的Face ID模組產生結構光投影、深度感測及對應的臉部識別之結果。

鴻海研究院半導體所洪瑜亨博士表示，「這是一個引人矚目的合作成果，結合了我們與陽明交大在前瞻性科技研發的堅強實力。這項深度感測和臉部識別系統的技術突破，將為空間計算帶來更廣泛的應用場景。此外，針對後續於單石整合的開發，我們也將與富昱晶雷射公司 (Phosertek) 合作，未來實現一單石整合的終極元件。」

陽明交大玉山青年學者黃耀緯助理教授表示，「隨著行動與穿戴裝置隱私權與臉部解鎖的需求，空間計算使用的點陣投影儀成為這些裝置之必須。然而體積龐大的限制，蘋果iPhone被螢幕上的瀏海困擾多年。我們提出的新穎深度感測與臉部識別系統大小大約3根頭髮的寬度，未來有望看不到手機螢幕上的瀏海，臉部解鎖也能更省電，實際解決科技難題。未來隨著混合實境漸進我們的生活，空間計算需求日漸增加，我們開發的系統有望成為主流。」

針對於上述整合超穎介面於雷射光源的相關設計與製作方法，其對應的相關專利申請，我們亦獲得相當豐碩的成果。《發光裝置及其製造方法Light emitting device and manufacturing method thereof》，公告號TWI805457B以及《发光装置及其制造方法Light emitting device and manufacturing method thereof》，公開號CN115050863A，與《半導體元件Semiconductor device》，公告號TWM638823U。其他不同地區與其對應的多件專利亦持續申請中。

鴻海研究院和陽明交大研究團隊將持續攜手深化合作，推動這一系統的研發和應用，為未來的科技世界注入更多活力。

 

TrendForce 2024 紅外線感測應用市場與品牌策略
出刊時間: 2024年 01 月 01 日
檔案格式: PDF
報告語系: 繁體中文 /英文
頁數: 162