詳解蘋果 Face ID,將讓深度鏡頭成主流

作者 | 發布日期 2017 年 09 月 13 日 17:18 | 分類 Apple , 晶片 , 軟體、系統 follow us in feedly

iPhone X 的消息大家想必都知道了,它正面是全螢幕,也就意味著唯一的按鍵 Home 鍵以及 Touch ID 消失,而新的身分認證方式就是 Face ID。如其名,在開鎖時使用者只需要看著手機,Face ID 就能人臉解鎖。



隨著人工智慧概念的普及,人臉辨識已經屢見不鮮。但這次,蘋果除了用到圖像辨識外,還在 Face ID 的人臉辨識中加入了深度資訊,讓身分認證更安全。

Face ID 的完成靠的是 iPhone X 頂部一小塊沒被螢幕覆蓋的區域。這一小塊區域整合了多達 8 個零件,除了麥克風、揚聲器、前置鏡頭、環境光感測器、距離感應器等我們熟知的部分,還整合了紅外線鏡頭、泛光感應元件(Flood illuminator)、點陣投影器。

蘋果將整個系統稱之為 TrueDepth Camera System ,而整個系統除了能用於 Face ID 人臉驗證,也可以擴展自拍功能,達到動畫表情發表,和 AR 效果疊加。

具體而言,上述的感應器會投射人眼看不見的光,並讀取用戶的臉部 3D 幾何結構圖,並將它與儲存在 A11 晶片隔區內的資料進行對比,如果兩者一致,iPhone X 就會解鎖。在註冊時,點陣投影儀會投射 3 萬多個點在人臉上,進而形成一張 3D 人臉圖,並儲存在 A11 晶片上。使用中,泛光感應元件會打一道看不見的光在人臉上,這樣在黑暗中也能辨識人臉。

蘋果甚至為此開發了一個神經引擎(Neural Engine),可即時處理人臉辨識。蘋果高級副總裁 Phil Schiller 在發表會上解釋,「我們用神經網路處理圖像和點陣模式,來建立人臉數學模型」。

蘋果還請好萊塢特效面具公司製作了一組面具,來訓練神經網路,保證安全性。不過下圖看起來還挺可怕的。

庫克說,Face ID 比 Touch ID 更安全,後者被破解的概率是五萬分之一,而前者是百萬分之一。無論改變髮型、戴上眼鏡還是帽子,Face ID 都能成功辨識。不過蘋果也提到,Face ID 在長相近似的人身上可能會失效,如果是雙胞胎,出錯的機率會增加不少。

另外,Face ID 還是要在用戶將注意放在手機上時才能使用,也就是說解鎖時要睜眼看著手機,否則就失效了。

Face ID 同時支援 Apple Pay 和第三方應用,完成人臉支付

人臉辨識與人臉支付早已被外界熟知,這次蘋果的 Face ID 在二維的圖像上疊加了一層深度資訊,可以保證人臉辨識更安全。對於人臉辨識用照片矇騙系統的問題,由於有 3D 資訊,也發揮不了作用。

而正如蘋果展示的那樣,多出來的深度資訊還可以最佳化前置相機拍攝效果,實現動畫表情,疊加 AR 特效等功能。

若要追溯蘋果對深度鏡頭念頭,不嚴格的說可以回到 2013 年。之前曾報導,當年底蘋果以 3 億美元左右收購了以色列公司 PrimeSense

PrimeSense 可以說是當時最強的 3D 感測技術公司,它主要提供感測器和中介軟體,可以讓裝置感知周邊的三維環境,實現人機互動。這家公司號稱擁有全球最小的 3D 感知晶片,能用在手機、電視、平板、機器人等各類裝置。

它與微軟合作開發了第一代體感裝置 Kinect。當時,微軟想以體感體驗與任天堂的 Wii 和 Sony 的 PS 爭奪家庭主機市場。後來微軟有意收購 Primesense,但由於價格沒談攏作罷,雙方的合作也終止,這導致後者內部經歷大裁員。

在失去最大的客戶後,Primesense 估值下滑,最終被蘋果收購。購併後,外界一直在猜測,蘋果會在何時用上深度感知技術,如今終於將其用在手機前置鏡頭。

目前深度感知領域有三大主流技術方案:光學飛行時間(ToF;Time of Flight)、結構光、雙目視覺。PrimeSense 用的是結構光方案,毫無疑問,蘋果也用改良版方案。

如前所述,用結構光方案獲取深度資訊,原理簡單來說,就是向空間投影一定圖案,感測器獲取反射回來的圖案,與原圖對比就能生成深度圖。英特爾的 RealSense 實感技術也用這種方法。

TOF 深度鏡頭後來被微軟用在第二代 Kinct,原理是感測器發出經調製的脈衝紅外光,遇物體後反射,感測器透過計算光線發射和反射時間差或相位差,來換算被拍攝景物的距離,以產生深度資訊,此外再結合傳統的相機拍攝,就能將物體的三維輪廓以不同顏色代表不同距離的地形圖方式呈現出來。

雙目視覺比較好理解,就是模仿人眼的結構,透過兩個鏡頭的視差來確定距離資訊。這種方案在行動裝置上的應用較少,多用在戶外機器人。

中國做深度鏡頭的廠商奧比中光告訴雷鋒網,比較 3 種方案,飛行時間測量的精準度和穩定性較好,但結構光可以做得更小、功耗小、測量解析度也相對高,雙目則屬於被動光,無法適應暗光環境。

手機後置鏡頭已從單鏡頭進化到雙鏡頭,在這次發表會前,不少業界人士就猜測,新 iPhone 的前置鏡頭也會增加深度資訊,由二維進化到三維。現在消息已經確認,以蘋果的規模無疑會引爆市場,讓其他廠商紛紛跟進。只是,做指紋辨識的公司,你們還好嗎?

(本文由 雷鋒網 授權轉載;首圖來源:蘋果)

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