575 2017 / 11
廚房科學－醣與糖差在哪？ 玫瑰鹽和精鹽又有何不同？
廢棄物再生－ 解決環境汙染 實踐農業永續
區塊鏈 比特幣 臉部辨識－iPhone X 3D影像技術極致發揮
11
NT180 ISSN:0250-331X
9 770250 331001
等一個好科普 不如自己動手寫科普 你不是科學家，但你喜歡科學，總是迫不及待跟親朋好友分享科學？ 你是專業科學家，很想走出象牙塔，讓大家也了解科學的趣味？ 不用懷疑，你，就是我們要找的人！趕快動手寫科普，投稿到《科學月刊》！
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2017年十二月底前 訂閱一年12期
1,800
元
575 Contents
2017 / November
836
區塊鏈與比特幣 COVER STORY 838
842
數位黃金比特幣
顛覆金融業的區塊鏈
曲建仲
曲建仲
848
區塊鏈進階應用問與答 杜宏毅
Vol.48 No. 11
801
山原水雞 圖 / 文 游崇瑋
全世界只有在沖繩島北部這片「山原」地區的森林才能見到牠們，分布非常狹窄的山原水雞從被 學界發現以來就一路坎坷。牠們在相對晚近的 1981 年才被學界發現，隔年立刻就被列名「日本 國指定天然紀念物」，足見日本學界對於這種珍稀鳥類的高度重視。這種幾乎無法飛行的奇特鳥 類在被發現之初，所推定的族群數大約在 1800 隻左右，到最近一次（2005 年）普查時只剩約
717 隻，主要造成牠們族群數下降的原因有：外來動物的捕殺（印度灰獴、貓和狗），尤其針對
印度灰獴（Herpestes edwardsii），日本政府在 2005 年開始在沖繩大宜味村鹽屋灣到東村福 地大壩之間拉起了一道阻擋印度灰獴繼續往北擴散的「北上防止柵」，這道柵欄在 2008 年就欄
下了 486 隻印度灰獴！但可惜的是仍有部分的印度灰獴已經在北部森林裡流竄了。此外還有棲
地被道路切割破碎化，路殺等問題，如何繼續保護山原水雞，考驗著日本政府的智慧。
胸口的花色相當特別，宛若攝影名家所攝的星軌照片的一部分。
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SCIENCE MONTHLY 2017.11
埋頭在落葉堆中認真尋找食物。
夜晚睡覺時，山原水雞會 選擇一個粗糙且不太垂直 的樹枝，單腳站立入眠。
山原水雞的生活雖然不必時刻都在水裡，但充足的水源是必須的。
在空曠處覓食。
左邊兩隻未成年的孩子，在成年之前不論吃、睡都會和右邊的媽媽在一起。
Vol.48 No. 11
805
NEWS FOCUS
正義與公平怎麼來的？ 受害者的犯行合理化
（Pixabay）
知名的推理文學、劇場抑或主流媒體，經
能帶來些不一樣的結果。比方說兒時遭虐待
常為「辯護律師」這個角色下這樣的註解：
導致的精神疾患，其所受到的負面回饋會較
把被告說得越可憐，贏面就越大！
意外導致的精神疾患來得小。
得他是一個受害者；反之其它因素（如車 禍意外、虐待）導致的精神疾患才被認為 具傷害事實，這就是兩者的差別。
密 蘇 里 大 學 法 律 系 教 授 羅 賓（ P h i l i p
「人們覺得遭照顧者存心傷害的人，比意外
最後，羅賓也提到，對於罪犯，若其患有
Ro b b i n s ）與立頓（Paul Litton）對 600 名
受傷的人更像個受害者。若事實如此，照顧
精神疾患，在祭出懲處前也許可以思考幾
受試者進行兩項問卷測試，以探究人們依罪
者越『故意』、受害者應受的道德譴責就越
個命題，包含犯人為何以及如何患有精神
犯背景從輕量刑的可能性。研究結果顯示：
低。」然而最終的結果是，無論原因為何都
與非遺傳性精神疾患相比，人們對患有遺傳
不會影響普羅大眾厭惡犯人的程度。
性精神疾患的犯人、普遍傾向給予較嚴厲的 指責，甚至懲處較重。過程中，兩人期待透 過對犯案者不同時間點下的情境背景描述，
至於「先天遺傳」為何算不上一個原因， 羅賓推測：基因遺傳所致的精神疾患在犯 案以前未曾「受過傷害」，人們普遍不覺
疾患的重要性、精神疾患的成因如何影響 社會大眾的評價等。 Philip Robbins and Paul Litton, Crime, Punishment, and Causation: The Effect of Etiological Information on the Perception of Moral Agency, University of Missouri School of Law Legal Studies Research Paper No. 2017-21, 2017.
古老月球上曾具大氣層
812
美國航太總署（NASA）月球與行星研究所
從地球表面看月亮時，會看到月球表面顏
這兩個熔岩海洋是由阿波羅計畫探索，他
（Lunar
and Planetary Institute）近期發 表了一項新研究表示，約在 30~40 億年
色較深的地方，即是月球盆地，為玄武岩
們蒐集的資料不僅提供氣體噴發年代，還
海域所在，在月球內部還相當熱時，這
讓科學家找到月球岩漿產生氣體的證據。
前的月球上，當時大量的火山噴發，噴發
些盆地熔岩爆發，在月球表面形成數百
出的氣體量比擴散到太空中的氣體要多上
公里的岩漿柱。另外研究人員還表示，
許多，因此在月球周圍形成大氣層，這層
曾 在 35 億 年 與 38 億 年 前， 澄 海 盆 地
大氣層在月球表面存在約 7000 萬年，最
（Serenitatis）與雨海盆地（Imbrium）充
後溢散至太空中。
滿岩漿，發生過兩次大型噴發現象。
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D. H. Needham and D. A. Kring, Lunar volcanism produced a transient atmosphere around the ancient Moon, Earth and Planetary Science Letters, Vol. 478:175-178, 2017.
（NASA）
NEWS FOCUS
美西森林大火，終成空氣汙染集散地？ 野火經常發生在美西、加拿大等地，由
初，其煙霧顯棕色，且在大氣中造成溫
於叢林中充滿泥炭等易燃物質，若輔以
室效應；然而任其飛舞數日，即從棕轉
人為疏失、強熱光照、火山爆發等因子，
白、減少約 46％的光吸收，進而降低暖
即產生熊熊大火，且燃燒後將產生許多
化現象，這意味著 ── 氣霧劑對暖化的
碳氣熔膠（carbon aerosol）。
影響極有可能被高估。
雖科學家已證實黑碳（即煤炭）為主要的
時任華盛頓大學氣候變化計畫（WUCCP）
光吸收與暖化媒介，然而對於野火燒盡
主持人威廉表示：「隨時間經過，燃燒
後流入大氣的棕色碳（brown
carbon）
後的煙霧顆粒顏色逐漸轉白。煙霧的顏
瞭解甚少，對於這些強化大氣層暖化的
色如維持棕色，透過對輻射之吸收其可
氣 膠 其 作 用 具 不 確 定 性。 華 盛 頓 大 學
持續造成暖化；倘若顏色轉白，則散射
（Washington University）的氣霧科學家
輻射光、造成環境被冷卻。」
查克拉柏蒂（Rajan （Brent
Chakrabarty）與威廉 Williams）在研究室發現：棕色
碳氣溶膠滯留於大氣一段時間後，便會 由光吸收（light-absorbing）性質轉變為 光散射（light-scattering）。物質擴散之
縱使人類已對各種交通與工業用的廢氣 排放上進行控管，然而大自然存在太多 變數。而旱災、洪水、蟲害等對植物進 行破壞、造成腐敗生成易燃物，使整座 森林充滿「燃料」，其危險可想而知。
研究在在預測野火對氣候影響的極限， 因群火繚繞導致的空氣品質有可能間接 影響群體健康，不容忽視。 Benjamin J. Sumlin et al., Atmospheric Photooxidation Diminishes Light Absorption by Primary Brown Carbon Aerosol from Biomass Burning, Environmental Science & Technology Letters, 2017.
（Morguefile）
臭氧層的
新威脅 於 30 年前簽署的蒙特婁議定書，主要
研究團隊領導人奧蘭（David
E. Oram）
二氯甲烷被用來當作工業用溶劑或者是
逐步規範全球各地數種工業產品中化學
表 示， 近 幾 年 在 東 亞、 東 南 亞 地 區 上
油漆清除劑，也使用在一些噴霧器、殺
物質排放量，避免排放物持續破壞臭氧
空，觀察到含氯 VSLS 濃度遽增，空氣
蟲劑產品及感光底片的製造過程中，而
層，減緩臭氧層消失速率。近期，歐洲
迅速將工業汙染物質帶進熱帶地區，因
地球科學聯盟（European
Geosciences Union, EGU）跨 國 研 究 團 隊 發 表 論 文
此在尚未完成降解之前，就被抬升至平
1,2- 二氯乙烷最常見的用途是作為氯乙 烯（vinyl chloride）製造過程的中間體，
流層，減緩臭氧層復原速度。二氯甲烷
包括各式塑料與氯乙烯的產品，如聚氯
表 示， 目 前 數 個 未 被 列 入 蒙 特 婁 議 定
於
書 的 壽 命 短 暫 物 質（very
short-lived
含量明顯減少，研究團隊推測空氣中二
substances, VSLS）排放物質 ── 二氯甲
氯甲烷濃度劇增是因開發中國家（如中
烷、1,2- 二 氯 乙 烷 等， 較 過 去 10 年 增
國、印度等）工業快速成長。
加約 60％，正威脅著臭氧層。
（Pixabay）
1990 年 代 至 20 世 紀 初， 於 大 氣 中
乙烯（PVC）管等。
D. E. Oram et al., A growing threat to the ozone layer from short-lived anthropogenic chlorocarbons, Atmospheric Chemistry and Physics, 2017.
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813
專欄文章
預防醫學之應用—擴展性帶因者檢測
簡穎秀／臺大醫院基因醫學部優生保健科主 任、臺灣大學醫學院副教授。
在遺傳諮詢門診，常常接到夫妻詢問，如何避免生出病痛
後代會有 1/4 的機率是患者。提早知道這種狀況，就能進
的寶寶。詳細詢問家族病史並釐清夫妻們擔心的重點後，
一步進行關於生育選擇的計畫，考慮選用產前基因診斷或
醫師或遺傳諮詢師就可以和來諮詢者談到如何選擇相關的
是人工生殖搭配胚胎著床前基因診斷，來選擇胚胎或是決
檢測。當夫妻雙方都是同一種隱性遺傳疾病的帶因者，其
定胎兒的存歿。為了孕育健康的新生命，夫妻若能在孕前
DNA 定序圖譜。 （ shutterstock ）
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生 物 |
Biology
或懷孕早期進行帶因者檢測，篩檢部分常見或是全部的單 基因遺傳疾病，提早了解自己可能帶有的致病因子，將可 望能造福更多胎兒的生命健康與家庭幸福。
但，現實人生有可能這麼簡單嗎？ 所謂的基因序列（gene sequences），也不過就是一連串 的鹼基 ATCG 排列而成的一本藍圖，這本大書從製作到 印製完成，可想而知一定會有錯別字。自從人類基因圖譜 （human genome map）解密之後，目前已知人類基因 數量約有 19000 個左右，而這部分的序列量只佔到全基 因序列的 1~2% 而已。每個人在這 1% 的 DNA 藍圖上，
人類女性的 23 對染色體 （shutterstock）
有超過 6 萬個鹼基與參考序列不同，其中約 1 萬個鹼基 變化被預測或已知可以影響細胞功能，這樣的功能影響可
基因篩檢的準確性與必要性
以嚴重到造成罕見疾病或是家族性遺傳疾病（如海洋性貧
首先，需評估進行帶因者篩檢的檢驗方法是否為高敏感度
血），但因為大部分為隱性遺傳，因此不會影響個體功能，
與高準確性的檢測，還有檢驗機構是否值得信賴。例如目
也就是帶因者不會發病。這些鹼基變化也可以是多基因共
前自費的脊髓型肌肉萎縮症帶因者篩檢，是檢測 SMN1 基
同配合環境因素疾病（如氣喘），遇到有易感體質的人就
因（特別是第七個外顯子）有無缺失。大多數帶因者是因
比較容易發病。
為第五號染色體其中一條缺少了 SMN1 基因，所以在檢測
SMN1 基因劑量時，會比非帶因者（正常）少一半的基因 目前，臺灣現行由政府補助的常規帶因者檢測為海洋性貧
劑量。雖然在有經驗的合格實驗室進行此項帶因者篩檢的
血帶因者篩檢，只要是孕婦在接受產檢時都會檢測。部分
準確性高，但還是有其限制與極限。舉例來說，少部分帶
夫妻會選做其他帶因率高或是嚴重疾病的帶因者篩檢，如
因者雖然有一條染色體缺少了 SMN1 基因，但是在另一條
脊髓型肌肉萎縮症（Spinal muscular atrophy, SMA）
染色體上卻同時出現 2 份 SMN1 基因，因此在基因劑量檢
帶因者篩檢、X 染色體脆折症（ fragile X syndrome,
測上並不會顯示異常。另外，少部分（約 2%）的患者是自
FXS ） 帶因者篩檢等。然而，因目前已知的單基因遺傳
體本身 SMN1 基因突變而非遺傳自父或母，藉由檢測父母
疾病就有 7000 多種，依照現在基因定序進步的趨勢看來，
親的帶因狀況並不能檢測出來。
各種疾病的帶因者篩檢勢必會如海嘯般來襲。因此，受檢 者必須先考慮各種疾病的篩檢利弊並與醫師或遺傳諮詢師
其次，要考慮這個帶因者檢測的疾病是否為嚴重的疾病。
討論後再進行。
這部分主要為私人的考量與取捨，例如苯酮尿症，在 70
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825
專欄文章
廚房中的化學
陳時欣
國立宜蘭大學食品科學系教授兼研發長。研究專長食品微乳化系統、
澱粉加工、米食加工、低升糖指數（glycemic index, GI）飲食、食品工程。
廚房是一個充滿科學知識的地方，食材從平淡無奇轉變
糖？醣？澱粉？
成色香味俱全的桌菜，絕對不單單只是廚師的技巧而
我們常因為「糖」和「醣」該如何使用而不知所措，有
已，沒有背後一連串的化學反應，是不會激發出那麼令
人說「糖」會甜、「醣」不會甜，似乎有點道理，但是
人垂涎的佳餚。廚師就是遊走在這一連串化學反應中的
甜不甜是個人感受實在很難一錘定音。雖然沒有明確嚴
魔術師。廚房中的化學要談的議題很多，每一道菜、一
謹 的 規 範， 但 科 學 一 點 的 說 法 是，「 糖 」 用 來 做「 命
頓佳餚都可以說上一整天的科學故事，現在讓我們從基
名」，「醣」則用來作「分類」。例如：葡萄糖、果糖、
本的糖、鹽、味精開始，再看看常吃的麵包和蛋糕。拋
蔗糖等，都是指特定的食用「糖」；單醣、雙醣、寡醣、
出一小片的薄磚，由各位看官找出更多的璞玉。
多 醣 等， 都 是 歸 納 分 類 一 大 項 糖 的 統 稱。 葡 萄 糖、 果 糖、半乳糖都是單醣，單醣是構成雙醣、寡醣或多醣的 單體，反之，醣類水解後的最小單元就是單醣，分子小 才有辦法被消化吸收。抽血驗的血糖，其實就是在驗血 液中葡萄糖的濃度。蔗糖、乳糖、麥芽糖都是雙醣，由 兩個單醣分子脫水，用化學式來說：
蔗糖 + 水 = 葡萄糖 + 果糖 乳糖 + 水 = 葡萄糖 + 半乳糖 麥芽糖 + 水 = 葡萄糖 + 葡萄糖
兩個單醣要結合成一個雙醣一定要脫一分子水；反過來， 一個雙醣要分解成兩個單醣一定要加入一個水分子，所 以才稱為水解。棉子糖是最常被提到的參醣： 各種不同類型的糖。（shutterstock）
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SCIENCE MONTHLY 2017.11
棉子糖 + 2 水 = 半乳糖 + 葡萄醣 + 果糖
變 化 |
Chemistry
回頭看看日常生活最常用的蔗糖。市面上可以買到的蔗 糖依其蔗糖含量由低到高依序是黑糖、赤砂糖、白砂糖、 冰糖；換言之，黑糖是雜質含量最多的蔗糖，冰糖是純 度最高的蔗糖。許多人認為黑糖是最營養的糖實在沒啥 科學道理，它甚至含有少量致癌物呢！坊間說白砂糖不 好更讓人丈二金剛，它是純度很高的蔗糖，而蔗糖是純 物質，純度高哪會不好？就跟沒有雜質的純水一樣，怎 麼會跟不好扯上關係？烹調加蔗糖的目的是為了蔗糖的 甜，不是為了它的雜質，所以沒道理說純度高的蔗糖不 好。對溫帶國家而言，蔗糖可由甜菜根提煉純化而得， 各種不同純度的鹽。（shutterstock）
跟來自甘蔗的蔗糖具有相同的化學結構。但就有美食專 家堅稱它們是不一樣的，可能心理因素大於科學因素吧！
澱粉是一種多醣，由上千個以上葡萄糖構成，米飯、麵 包都是澱粉製品，所以教科書常說米飯、小麥咀嚼久一
海鹽？岩鹽？精鹽？粗鹽？
點會有甜味，就是澱粉被唾液中的澱粉酶部分水解成麥
鹽是人類唯一食用的天然礦石。「鹽」在化學上的定義
芽糖所致，但其實量少所以甜度很有限。
是一大類化學物質的統稱，但是這裡我們討論的是俗稱 的鹽巴，也就是氯化鈉（NaCl）。市售各種鹽的主要成
「澱粉（starch）」其實是一個有嚴格定義的名詞，可是
分都是氯化鈉，它們的差異只在於雜質或顆粒大小的不
都被濫用了！將米或小麥等作物去殼跟糠層後磨粉，稱為
一樣罷了，喝瑪格莉特調酒用的是顆粒較大的鹽，灑在
穀粉（flour），穀粉經過水洗，一般都是用鹼水，去除大
薯條上的是顆粒較小的鹽，它們的成分都一樣。玫瑰鹽
部分的蛋白質，再用酸中和、烘乾、粉碎後才稱為澱粉。
和精鹽只差在那含量低於 1% 的雜質，但是那些少少的、
所以澱粉是純度很高的醣類（或碳水化合物）；簡言之，
由其他食物就可獲取的雜質卻要你掏出大把鈔票去購買。
穀粉必須經過精製過程才會得到澱粉。澱粉比穀粉貴很 多，澱粉包在一顆顆的澱粉顆粒裡，顆粒經加水、升溫後
鹽是可溶於水的離子化合物，所以在水中它會解離成正
就會膨脹破裂，而釋出澱粉，稱為糊化。廚師常作的勾芡
一價的鈉陽離子（Na+）和負一價的氯陰離子（ Cl-），
就是利用澱粉的糊化作用，低溫下的澱粉漿液是不會糊化
數量上是 1:1 的關係，而且相當穩定。多數的研究發現，
的，自然也沒黏性，所以糊化一定要在超過糊化溫度下進
飲食上攝取太多的鈉離子會造成高血壓等心血管疾病的
行。糊化是不可逆反應，所以糊化後的澱粉是不會再回到
罹患風險，所以就有了低鈉鹽，其實就是用鉀離子（K+）
原狀態，雖然它還是葡萄糖聚合物。所有澱粉都可以拿來
部分取代了鈉離子。有些低鈉鹽產品則會標榜，每茶匙
作勾芡，只是勾芡後黏度不同，而且有的會呈透明狀（馬
的鹽鈉離子含量比其他鹽低，事實上是加入了膨鬆劑提
鈴薯粉、甘薯粉），有的會是白色（玉米粉、米穀粉），
高了鹽的體積；吃進去的是虛胖的鹽，當然鈉離子攝取
目的不同用法自然不同。糊化後的天然澱粉都是很好消化
就少了。其實都是行銷手法，它的創意在於多賣你一些
的食物，補充能量很快，當然血糖也升得快！
原本是免費的空氣，原因是你自己不會克制鹽的攝取。
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金融新科技
比特幣與區塊鏈 常在媒體上看見「比特幣」的相關報導 而提到比特幣常常會與「採 礦」 「區塊鏈 」等名詞連結在一起 到底這些名詞是什麼意思呢？ 為什麼會成為全球金融科技業爭相使用的關鍵核心技術？
作者Ⅰ
曲建仲∕政治大學科技管理與智慧財產研究所兼任助理教授
杜宏毅∕臺灣網路認證公司策略長
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SCIENCE MONTHLY 2017.11
數位黃金 比特幣 p.838
顛覆金融業的 區塊鏈 p.842
區塊鏈 進階應用 問與答 p.848
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837
數位黃金 比特幣
作者Ⅰ曲建仲
稱的由來。由於區塊鏈是源自於比特 幣，因此要了解什麼是區塊鏈，就必 須先從什麼是比特幣談起。
838
誕生僅八年的比特幣（bitcoin）坐實
比特幣的起源
了「數位黃金」之名，於 2017 年 10
比 特 幣 的 發 明 人 中 本 聰（Satoshi，
假 設 Satoshi 創 造 比 特 幣 與 比 特 幣
月 20 日漲到歷史新高 5932 美元，價
筆名，其真實姓名目前尚無定論）在
帳本（BTC ledger）並且給自己 50
值已超越貨幣史中地位悠久的黃金。
2008 年發表了一篇名為「比特幣：
btc， 他 想 要 用 20 btc 向 Alice 購 買
如果我們把每 1 比特幣對照每 1 盎
一種對等式電子現金系統（Bitcoin:
一 本 書 籍， 並 且 記 錄 在 比 特 幣 帳 本
司黃金，則比特幣比黃金還要貴了幾
A Peer-to-Peer Electronic Cash
內，如圖一所示，Alice 第一次聽過
倍，真的是大勝黃金，雖然這樣的對
System）」的論文，提出了稱為「比
有這種東西，她好奇的問 Satoshi：
比喻有點奇怪，但是所有的媒體都是
特幣」的電子貨幣及其演算法，由於
這個叫什麼幣的聽起來好酷，但是我
這麼形容的。每次聽到比特幣，總會
比特幣不適合即時大量的小額交易，
要怎麼用它來和別人買東西呢？
提到區塊鏈，到底什麼是比特幣？什
而且比特幣在法規上存有疑義難以被
麼又是區塊鏈（block chain）？而區
主 管 機 關 接 受， 因 此 有 人 將 比 特 幣
Satoshi 告訴 Alice：這個很簡單，妳可
塊 鏈 是「 區 塊（block）」 了 什 麼？
的部分技術抽離出來尋找新的應用，
以用同樣的方法，支付 Bob 金額 10 btc
又「鏈（chain）」了什麼呢？
並且取了新名字「區塊鏈」，是此名
購買一顆蘋果，並且也記錄在我的比特
SCIENCE MONTHLY 2017.11
COVER STORY 1
20 btc
Satoshi
比特幣帳本 （BTC ledger）
Alice 付款人
收款人
交易金額
N/A
Satoshi
50 btc
Satoshi
Alice
20 btc
圖一：Satoshi 創造比特幣與比特幣帳本，並且向 Alice 購買一本書籍。（資料來源：杜宏毅博士，
Block Chain 的前世今生與未來，臺灣網路認證公司）
2. 每一筆交易都要通知所有使用者， 那網路的反應夠快嗎？
3. 使用者未必熟悉電腦操作，如何使 用電腦進行交易？
路 連 線（ peer to peer network
connection）」軟體進行資料交換。 4. 使用者安裝手機應用程式（APP）「比 特幣電子錢包（BTC wallet）」 ，並且 以手機付款與收款，使用非常簡單。
幣帳本內，如圖二所示。既然比特幣
比特幣的運作方式
真的可以買到東西，因此 Alice 很開心
為了解決最後的幾個問題，Satoshi
的收下了這種第一次聽過的虛擬貨幣。
用這樣的方式來處理，如圖四所示：
5. 手機應用程式將交易內容回傳至節 點，節點再將交易內容「溢散傳遞 （propagating）」給所有的節點。
後來 Alice 與 Bob 想想，不對呀！我們
1. 由 Satoshi 發 起 建 位 第 一 個 節 點
彼此之間的交易帳本都儲存在 Satoshi
（Node），節點是指伺服器（Server）
因此在比特幣的生態系裡，所有的節
的電腦裡，都是他說了算，我們有什麼
以 及 伺 服 器 內 安 裝 的「 節 點 軟 體
點是由網際網路上熟悉電腦操作的自
保障呢？聽到了這樣的質疑，Satoshi
（Node software）」與「比特幣帳
願者在世界各地建立，節點是指伺服
說：沒關係，那我把比特幣帳本複製
本（BTC ledger）」。
器 以 及 伺 服 器 內 安 裝 的「 節 點 軟 體 （Node software）」 與「 比 特 幣 帳
給你們，如圖三所示，讓你們手上也 有一份，這樣就可以了吧！
但是這樣真的就沒有問題了嗎？
2. 號召網際網路上熟悉電腦操作的自
本」。使用者安裝手機應用程式「比
願者在世界各地建立節點，同時在
特幣電子錢包（BTC wallet）」，並
伺服器（server）內安裝節點軟體
且以手機付款與收款，資料經由網路
與比特幣帳本。
傳送給節點，再以溢散傳遞的方式傳
1. 將比特幣帳本複製給所有使用者， 那電腦記憶體要多少才夠？
遞給所有的節點，最後使全世界的節
3. 節點與節點之間經由「對等式網
點內比特幣帳本是同步的。
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精選 手指是立體圓弧形造成反射回來變成
文章
圓弧形條紋，進入紅外光影像感測器 後就可以利用圓弧形條紋反推手指的 立體結構，如圖一（b）所示。
蘋果 iPhone×Face ID
立體影像感測技術 曲建仲／臺灣大學電機工程學系博士，曾榮獲中華民國 96 年度全國
TrueDepth 相機 蘋果將 iPhone X 所使用的 3D 立體影 像感測技術稱為「TrueDepth 相機」， 結合了前面介紹的兩種技術，如圖二 所示，TrueDepth 相機為 700 萬畫素 的 CMOS 影像感測器，配合紅外光相 機（infrared camera）、泛光照明器
優秀青年工程師獎章並獲總統召見，致力於臺灣科技教育多年，擅
（flood illuminator）、 接 近 感 測 器
長以淺顯易懂的文字由淺入深帶領非理工背景的讀者們了解艱深困
（proximity sensor）、環境光感測器
難的科技原理。
（ambient light sensor）、點陣投射 器（dot projector）等元件，以下簡 單介紹每個元件的功能：
飛時測距（time of flight, ToF）：利用發
上市滿十年的今天，特別推出有史以來
光二極體（light emitting diode, LED）
功能最強大的旗艦機 iPhone X，其中
或雷射二極體（laser diode, LD）發射出
最大的特色是取消了 Home 鍵也無需
紅外光，照射到物體表面反射回來，由
手動解鎖，而是採用 Face ID 臉部辨識
於光速（v）已知，可以利用一個紅外
外光投射在物體表面。
解鎖技術，將 3D 影像技術發揮到極致。
光影像感測器量測物體不同深度的位置
2. 接近感測器：使用低功率的垂直共
反射回來的時間（t），利用簡單的數學
振腔面射型雷射發射紅外光雷射，當
公式就可以計算出物體不同位置的距離
有物體靠近時會反射雷射光，因此手
（深度），如圖一（a）所示。
機可以知道有物體接近，這個元件很
3D 立體影像感測技術 數位相機只能取得平面彩色影像，完
共 振 腔 面 射 型 雷 射（vertical cavity surface emitting laser, VCSEL）， 發 射 出「非結構（non-structured）」的紅
早之前智慧型手機就有了，一般都是
全沒有深度的資訊，這代表當我們看
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1. 泛 光 照 明 器： 使 用 低 功 率 的 垂 直
蘋果公司的第一支智慧型手機 iPhone
到一張照片，只知道這個人的臉部有
結 構 光（structured light）： 利 用 雷
安裝在擴音器（speaker）旁邊，當使
多寬多高，卻不知道他臉部的立體結
射二極體或數位光源處理器（digital
用者撥電話並且將手機靠近耳朵時，
構，例如：鼻子有多挺（有多深），
light processor, DLP）打出不同的光
接近感測器偵測到耳朵接近就知道使
為了取得影像的深度資訊，近年來許
線圖形，經由物體不同深度的位置反
多廠商投入研發，目前比較成熟的技
射回來會造成光線圖形扭曲，例如：
術有下列兩種：
打出直線條紋的光線到手指上，由於
SCIENCE MONTHLY 2017.11
用者正要講電話，會自動關閉螢幕節 省電力消耗。 3. 環 境 光 感 測 器： 使 用 光 二 極 體
（photo diode）可以偵測環境光亮度，
點所形成的陣列反射回紅外光相機，
當有臉部或物體靠近時，會先啟動接
在明亮的太陽下使用者眼睛瞳孔縮
計算出臉部不同位置的距離（深度）。
近感測器，再由接近感測器發出訊號
小，因此自動將螢幕調亮讓使用者容
啟動泛光照明器，發射出非結構的紅
易觀看；在陰暗的室內使用者眼睛瞳
Face ID 解鎖原理與步驟
外光投射在物體表面，再由紅外光相
孔放大，因此自動將螢幕調暗避免使
Face ID 解鎖主要分為兩個步驟，首
機接收這些反射的影像資訊，傳送到
用者感覺太刺眼。
先必需辨識接近手機的是否為刻意靠
手 機 內 的 處 理 器，iPhone X 使 用 蘋
4. 點 陣 投 射 器： 使 用 高 功 率 的 垂 直
近的臉部，或者只是使用者不小心由
果自行開發的 A11 處理器，內建雙核
共振腔面射型雷射發射紅外光雷射，
手機前面晃過去而已；確認是刻意靠
心的「神經網路引擎（neural engine,
經 由 晶 圓 級 光 學（wafer level optics,
近的臉部之後，才開始進行人臉辨識，
NE）」，經由人工智慧的運算後判斷
WLO）、 繞 射 光 學 元 件（diffractive
從前面的介紹可以發現，啟動 Face ID
為臉部後，再啟動點陣投射器產生大
optical elements, DOE）等結構，產生
解鎖必需同時開啟好幾個元件，是有
約 3 萬個光點投射到使用者的臉部，
大約 3 萬個「結構（structured）」光
些耗電的，因此必需確認是刻意靠近
利用這些光點所形成的陣列反射回紅
點投射到使用者的臉部，利用這些光
的臉部之後，才開始進行人臉辨識。
外光相機，計算出臉部不同位置的距離
圖一：3D 立體影像感測技術原理示意圖。（資料來源：LAGOA, What's the Right 3D Scanner for You?）
Vol.48 No. 11
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講師 陣容
goo.gl/yPgySy
（TUE.）
地點
國立臺灣大學管理學院一號館B1 正大國際會議廳
9:00 -17:00
報名 由此去
主辦
國立臺灣大學資訊管理學系－數位未來研究中心DFRC 東吳大學富蘭克林金融科技開發中心 科學月刊社Science Monthly
曲建仲／科學月刊編輯委員�知識力專家社群創辦人� 國立政治大學科技管理與智慧財產研究所 兼任助理教授
蔡宗榮／東吳大學富蘭克林金融科技開發中心 執行長
曹承礎／國立臺灣大學資訊管理學系 教授
杜宏毅／臺灣網路認證公司 策略長
時間
區塊鏈Blockchain應用發展： 7個概念驗證計畫(POC)案例分析
【 IT✕M 系列研習課程 】