什麼是Face ID?

 

蘋果公司在iPhone X中使用了“TrueDepth攝像機係統”(也就是“齊劉海”部分)
，通過使用裏麵的傳感器和點陣投影儀，投射出3萬多個點，就能形成一張完整的3D“臉譜”用來識別用戶臉部。據悉
， iPhone X采用定製的芯片來處理人工智能工作負載
，這是一個雙核的“ A11生物神經網絡引擎”芯片
，每秒運算次數最高可達6000億次，該芯片賦能的最重要的事情就是使Face ID身份認證功能能夠快速識別人臉。同時，經過不斷被訓練的神經網絡建模識別人臉
，當你的iPhone X識別你的臉部次數越多，它就會對你越熟悉。不管你是換發型、留胡子
、戴帽子、戴眼鏡，還是光線強弱不同，它都會認出你。

 

同為生物識別技術
，TouchID的解鎖錯誤率是五萬分之一，而FaceID則是一百萬分之一
，

 

 

iPhoneX人臉識別功能主要靠劉海部位的原深感攝像頭實現，主要包括距離感應器、泛光感應元件、點陣投影儀和紅外鏡頭。雖然iPhone X實際進行人臉識別的過程非常複雜，不過可以簡化成以下幾個步驟：

 

1、檢測物體靠近：當各位拿起手機時，首先工作的是距離感應器
，它將會告訴iPhone X是否有物體進行靠近;

 

2、檢測用戶臉部：泛光感應元件采用垂直腔麵發射激光器(VCSEL)，POPPUR隻zhi要yao大da家jia知zhi道dao它ta會hui發fa射she低di功gong率lv紅hong外wai光guang就jiu可ke以yi了le。在zai距ju離li感gan應ying器qi檢jian測ce到dao物wu體ti後hou
，泛fan光guang感gan應ying元yuan件jian就jiu會hui對dui前qian方fang物wu體ti進jin行xing掃sao描miao，由you紅hong外wai鏡jing頭tou接jie收shou信xin息xi，並bing傳chuan給geiA11芯片神經網絡係統進行判斷，識別為臉部後再進行下一步操作。

 

3、獲取3D人臉信息：雖sui然ran檢jian測ce到dao是shi人ren臉lian，但dan是shi泛fan光guang感gan應ying元yuan件jian發fa出chu的de隻zhi是shi簡jian單dan紅hong外wai光guang，並bing不bu能neng記ji錄lu空kong間jian信xin息xi，這zhe時shi候hou點dian陣zhen投tou影ying器qi發fa射she的de高gao功gong率lv紅hong外wai結jie構gou光guang就jiu派pai上shang用yong場chang了le。結jie構gou光guang一yi般ban指zhi呈cheng條tiao紋wen狀zhuang或huo者zhe點dian陣zhen狀zhuang的de特te殊shu光guang線xian，這zhe種zhong光guang線xian在zai打da到dao凹ao凸tu不bu平ping的de物wu體ti表biao麵mian時shi會hui造zao成cheng圖tu像xiang扭niu曲qu，從cong而er獲huo得de物wu體ti的de空kong間jian深shen度du信xin息xi。

 

4、結構光接收：用於人臉識別的光線對精度要求比較高，不僅點陣投影儀發射的點要足夠多(三萬多個)
，同時還要防止環境光幹擾，因此紅外鏡頭上還搭載濾光片，除了特定頻率的紅外光都會被剔除掉(為了保證感應能力和避免太陽光的幹擾，一般選擇800~900nm波長附近的近紅外光)。

 

5、收集完結構光等信息後，手機通過3D圖像處理芯片可以生成具備空間信息的三維圖像。這些信息將會經過特殊調製
，以數據形式與保存在處理器的Secure Enclave的Face ID編碼(注冊Face ID時錄入的信息，無法被提取到手機外或者被傳到雲端)進行配對，匹配度滿足蘋果設置的要求後手機就能實現解鎖。

 

事實上
，近幾年來以來
，業界對於臉部識別的應用“屢試不爽”，但一直因為安全問題被詬病。比如隻需要通過一張電腦所有者的照片
，就可以輕鬆進入設置了臉部識別登錄方式的電腦;再比如流行科學作家丹·莫倫(Dan Moren)通過一個視頻就擊敗了阿裏巴巴的麵部識別係統。

 

蘋果的FaceID，采用的是結構光雙攝方案
，通過將3萬多個光點的網絡投射到人臉上，並隨著用戶轉動頭部以映射臉部3D形狀，最終形成的是一個三維圖像
，這也是目前安全性最高的人臉識別方案。而其它技術更多還是二維人臉解鎖的方案。

 

Face ID安全嗎?

 

蘋果iPhone X的麵部識別功能中包含“注意力檢測”功能

，這個功能可以確認你是在清醒的狀態下使用手機。因此當你睡覺時，有人試圖解鎖你手機的行為將會失敗。

 

“注意力檢測”原理為人眼視線檢測，檢測用戶視線方向，判斷用戶的注視區域
，係眼球追蹤技術的一部分。這部分功能同樣是由“齊劉海”硬件實現(蘋果收購的眼動追蹤企業SMI為技術提供方)，利用紅外鏡頭和泛光感應元件，實現人眼瞳孔的特征定位
，在通過AI芯片A11的深度學習估算人眼視線方向。

 

在操作應用上其中涉及的公開專利原理摘要為，一種方法包括接收計算機化係統的用戶的身體至少一部分的三維(3D)映射序列,並從3D映射中提取用戶頭部的3D坐標 。基於頭部的3D坐標,識別由用戶執行的注視方向以及在耦合到計算機化係統的顯示器上，在注視方向上呈現的交互項目。從3D映射中提取指示;指示用戶正在特定方向上移動身體的肢體,並且響應於該指示,將所識別的交互項目重新定位在顯示器上。

 

 

這項於2016年12月份公開的專利
，即是注意力檢查的原理，將上圖的PCjijishexiangshebeixiangxiangsuoxiaodaoshoujiduan，yonghuzhiyouzaiyanjingzhuyilijizhongzaiyigeyuanquanzhong
，tongshitahuiyaoqiuyonghujiangtoubufangzaitongyigeyuanquanzhong。zheyibuzhoutongshiwanchengrenliantuxiangsaomiao，yijizhushidianyingshe。

 

當今視線檢測技術的精度可以達到1°以下，一些多年從事眼動分析的技術公司可以做到0.4°的高精度。按照1°的偏差精度來計算，當用戶注視iPhone X手機屏幕圓圈時，視線偏差距離不超過5mm。因此，通過“注意力檢測”技術
，當人眼的關注視線落在手機屏幕上時，Face ID認為此時用戶傳達了交互的目的
，即進行解鎖。而在用戶視線偏離手機屏幕時
，“注意力檢測”結果將幫助Face ID不要誤解鎖手機。

 

 

Face ID會失效嗎?

 

Face ID為滿足不同時段不同環境對攝像頭的要求，如白天、黑夜、室內
、室外。攝像頭會使用紅外光(泛光感應元件)照亮你的臉
，使用紅外鏡頭捕捉圖像。以下是人臉識別的具體步驟：

 

1、首先，把IR圖像從相機發送到iPhone X的神經引擎裏，以構建用戶的人臉3D模型

 

2

、將用戶的3D模型或“驗證圖像”在計算機算法中呈現
，並將其與用戶存儲的模板或“設置圖像”進行比較;

 

3、根據這兩個圖像之間的相似度得出對比數值，看驗證圖像和設置圖像是否匹配;

 

4、如果對比數值高於某個確定數值
，iPhone X會通過你的身份驗證並解鎖。

 

因此，Face ID是否會失效要看蘋果對於閾值的設定，如果設定較高的閾值
，相應失效問題就會小很多。

 

 

2D人臉識別技術與3D人臉識別技術

 

對於刷臉消費、刷臉解鎖這些“黑科技”，人們其實一點都不陌生


，但如果要深入其中，普通人也隻能說出一個關鍵詞：人臉識別。而人臉識別技術實際上可以區分為2D和3D兩種。

 

1、2D人臉識別：2D人ren臉lian識shi別bie是shi目mu前qian最zui為wei常chang見jian的de人ren臉lian識shi別bie技ji術shu之zhi一yi，其qi工gong作zuo原yuan理li是shi後hou期qi人ren臉lian識shi別bie係xi統tong對dui圖tu片pian中zhong的de人ren臉lian進jin識shi別bie，通tong過guo設she定ding數shu百bai或huo數shu千qian個ge點dian
，並bing記ji錄lu點dian與yu點dian之zhi間jian的de函han數shu
，該gai函han數shu即ji為wei此ci人ren的de麵mian部bu信xin息xi。

 

2、3D人臉識別： 3D人臉識別是采用3D結構光技術
，通過3D結構光內的數萬個光線點對人臉進行掃描後，從而提供更為精確的麵部信息，而這類麵部信息並不會受到口紅、粉底等化妝品的影響。與2D人臉識別相比，3D人臉識別將提供更為精確的麵部數據，最終讓數據更加安全可靠。

 

“普通視覺傳感設備讓萬物看到世界，而3D傳感技術則讓萬物能像人一樣‘看清’世界。”

 

 

3D傳感技術原理

 

要談3D傳感技術，就必須先弄清楚光學測量分類以及其原理。

 

光學測量分為主動測距法和被動測距法。主動測距方法的基本思想是利用特定的、人為控製光源和聲源對物體目標進行照射，根據物體表麵的反射特性及光學
、聲學特性來獲取目標的三維信息。其特點是具有較高的測距精度、抗幹擾能力和實時性，具有代表性的主動測距方法有結構光法

、飛行時間法、和三角測距法。

 

 

主動測距法

 

結構光法

 

根據投影光束形態的不同，結構光法又可分為光點式結構光法、光條式結構光法和光麵式結構光法等。

 

 

muqianyingyongzhongjiaoguang，qiezaishenduceliangzhongjuyoumingxianyoushidefangfashimianjiegouguangceliangfa。mianjiegouguangceliangjianggezhongmoshidemianjiegoutouyingdaobeicewutishang，lirujiangfenbujiaomijidejunyunguangzhatouyingdaobeicewutishangmian
，youyubeicewutibiaomianaotubuping

，juyoubutongdeshendu
，suoyibiaomianfanshehuilaideguangzhatiaowenhuisuizhebiaomianbutongdeshendufashengjibian，zhegeguochengkeyikanzuoshiyouwutibiaomiandeshenduxinxiduiguangzhadetiaowenjinxingtiaozhi。suoyibeicewutidebiaomianxinxiyejiubeitiaozhizaifanshehuilaideguangzhazhizhong。tongguobeicewutifanshehuilaideguangzhayucankaoguangzhazhijiandejiheguanxi，fenxidedaomeiyigebeicedianzhijiandegaoduchaheshenduxinxi。

 

結構光的優點是計算簡單，測量精度較高，對於平坦的
、無(wu)明(ming)顯(xian)紋(wen)理(li)和(he)形(xing)狀(zhuang)變(bian)化(hua)的(de)表(biao)麵(mian)區(qu)域(yu)都(dou)可(ke)進(jin)行(xing)精(jing)密(mi)的(de)測(ce)量(liang)。其(qi)缺(que)點(dian)是(shi)對(dui)設(she)備(bei)和(he)外(wai)界(jie)光(guang)線(xian)要(yao)求(qiu)高(gao)
，造(zao)價(jia)昂(ang)貴(gui)。目(mu)前(qian)，結(jie)構(gou)光(guang)法(fa)主(zhu)要(yao)應(ying)用(yong)在(zai)條(tiao)件(jian)良(liang)好(hao)的(de)室(shi)內(nei)。

 

飛行時間法(ToF)

 

飛行時間(Time of Flight，簡稱ToF)法，又叫做激光雷達(LiDAR)測(ce)距(ju)法(fa)。它(ta)將(jiang)脈(mai)衝(chong)激(ji)光(guang)信(xin)號(hao)投(tou)射(she)到(dao)物(wu)體(ti)表(biao)麵(mian)，反(fan)射(she)信(xin)號(hao)沿(yan)幾(ji)乎(hu)相(xiang)同(tong)路(lu)徑(jing)反(fan)向(xiang)傳(chuan)至(zhi)接(jie)收(shou)器(qi)，利(li)用(yong)發(fa)射(she)和(he)接(jie)收(shou)脈(mai)衝(chong)激(ji)光(guang)信(xin)號(hao)的(de)時(shi)間(jian)差(cha)可(ke)實(shi)現(xian)被(bei)測(ce)量(liang)表(biao)麵(mian)每(mei)個(ge)像(xiang)素(su)的(de)距(ju)離(li)測(ce)量(liang)。

 

 

ToF直(zhi)接(jie)利(li)用(yong)光(guang)傳(chuan)播(bo)特(te)性(xing)，不(bu)需(xu)要(yao)進(jin)行(xing)灰(hui)度(du)圖(tu)像(xiang)的(de)獲(huo)取(qu)與(yu)分(fen)析(xi)，因(yin)此(ci)距(ju)離(li)的(de)獲(huo)取(qu)不(bu)受(shou)物(wu)體(ti)表(biao)麵(mian)性(xing)質(zhi)的(de)影(ying)響(xiang)
，可(ke)快(kuai)速(su)準(zhun)確(que)地(di)獲(huo)取(qu)景(jing)物(wu)表(biao)麵(mian)完(wan)整(zheng)的(de)三(san)維(wei)信(xin)息(xi)。缺(que)點(dian)則(ze)是(shi)需(xu)要(yao)較(jiao)複(fu)雜(za)的(de)光(guang)電(dian)設(she)備(bei)
，價(jia)格(ge)偏(pian)貴(gui)。

 

三角測距法

 

三角測距法又稱主動三角法，是基於光學三角原理，根據光源、物體和檢測器三者之間的幾何成像關係來確定空間物體各點的三維坐標。在實際測量過程中，它常用激光作為光源，用CCD相機作為檢測器。這種方式主要用於工業勘探
、工件表麵粗糙度檢測、輪胎檢測、飛機檢測等工業
、航空

、軍事領域，在消費電子類產品還不曾涉及。

 

 

被動測距法

 

被動測距技術不需要人為地設置輻射源，隻利用場景在自然光照下的二維圖像來重建景物的三維信息，具有適應性強、實現手段靈活、zaojiadideyoudian。danshizhezhongfangfashiyongdiweixinhaolaijisuangaoweixinhaode，suoyiqishiyongdesuanfafuza。beidongcejuanzhaoshiyongdeshijiaochuanganqishuliangkefenweidanmushijiao、雙目立體視覺和多目視覺三大類。

 

單目視覺

 

單目視覺是指僅利用一台照相機拍攝一張相片來進行測量。因僅需要一台相機
，所以該方法的優點是結構簡單
、相機標定容易，同時還避免了立體視覺的小視場問題和匹配困難問題。

 

 

danmushijiaofangfayoukefenjujiaofahelijiaofalianglei。jujiaofashizhishouxianshixiangjixiangduiyubeicedianchuyujujiaoweizhi
，ranhougenjutoujingchengxianggongshiqiudebeicedianxiangduiyuxiangjidejuli。xiangjipianlijujiaoweizhihuidailaiceliangwucha，yincixunqiujingquedejujiaoweizhishiguanjiansuozai。erlijiaofabuyaoqiuxiangjixiangduiyubeicedianchuyujujiaoweizhi
，ershigenjubiaodingchudelijiaomoxingjisuanbeicedianxiangduiyuxiangjidejuli，zheyangjiubimianleyouyuxunqiujingquedejujiaoweizhierjiangdiceliangxiaolvdewenti，danlijiaomoxingdezhunquebiaodingshigaifangfadezhuyaonandian。

 

雙目立體視覺

 

雙(shuang)目(mu)立(li)體(ti)視(shi)覺(jiao)的(de)基(ji)本(ben)原(yuan)理(li)是(shi)從(cong)兩(liang)個(ge)視(shi)點(dian)觀(guan)察(cha)同(tong)一(yi)景(jing)物(wu)，以(yi)獲(huo)取(qu)在(zai)不(bu)同(tong)視(shi)角(jiao)下(xia)的(de)感(gan)知(zhi)圖(tu)像(xiang)，然(ran)後(hou)通(tong)過(guo)三(san)角(jiao)測(ce)量(liang)原(yuan)理(li)計(ji)算(suan)圖(tu)像(xiang)像(xiang)素(su)間(jian)的(de)位(wei)置(zhi)偏(pian)差(cha)(視差)來獲取景物的三維信息。這一過程與人類視覺感知過程是類似的。

 

 

zaishuangmulitishijiaoxitongdeyingjianjiegouzhong，tongchangcaiyonglianggeshexiangjizuoweishijiaoxinhaodecaijishebei
，tongguoshuangshurutongdaotuxiangcaijikayujisuanjilianjie，bashexiangjicaijidaodemonixinhaojingguocaiyang、濾波、強化、模數轉換
，最終向計算機提供圖像數據。一個完整的雙目立體視覺係統通常可分為數字圖像采集、相機標定
、圖像預處理與特征提取、圖像校正
、立體匹配、三維重建六大部分。

 

多目立體視覺

 

多(duo)目(mu)立(li)體(ti)視(shi)覺(jiao)係(xi)統(tong)是(shi)對(dui)雙(shuang)目(mu)視(shi)覺(jiao)係(xi)統(tong)的(de)一(yi)種(zhong)拓(tuo)展(zhan)。所(suo)謂(wei)多(duo)目(mu)立(li)體(ti)視(shi)覺(jiao)係(xi)統(tong)，就(jiu)是(shi)采(cai)用(yong)多(duo)個(ge)攝(she)像(xiang)機(ji)設(she)置(zhi)於(yu)多(duo)個(ge)視(shi)點(dian)，或(huo)者(zhe)由(you)一(yi)個(ge)攝(she)像(xiang)機(ji)從(cong)多(duo)個(ge)視(shi)點(dian)觀(guan)測(ce)三(san)維(wei)景(jing)物(wu)的(de)視(shi)覺(jiao)係(xi)統(tong)。

 

 

對多目係統所采集到的景物圖像進行感知、shibiehelijiedejishubeichengweiduomulitishijiaoxitongjishu。zaishuangmulitishijiaozhong，duiyugeidingdewutijuli，shichayujixianchangduchengzhengbi，jixianyuechang，duijulidejisuanyuejingque。danshidangjixianguochangshi，xuyaozaixiangduijiaodadeshijiaofanweineijinxingsousuo
，congerzengjiajisuanliang。liyongduojixianlitipipeishixiaochuwupipei、提高視差測量準確性的有效方法之。基線數目的增加可以通過增加相機來實現。

 

光電3D影像技術

 

根據獲取圖像信息方法的不同，光電3Dyingxiangjishufenweiyouyuanhewuyuanliangzhongjishu，wuyuanjishuzhuyaoshijieshouwutidefushehuozhehuanjingdefashe，youyuanjishushitongguotousheyishutiaozhidehuoweitiaozhideguangdaowutishangtongguojiancewutifanshedeguanglaixingcheng3D圖像。

 

以前大多數技術研究集中在無源3D技(ji)術(shu)上(shang)，利(li)用(yong)三(san)角(jiao)測(ce)量(liang)原(yuan)理(li)，通(tong)過(guo)兩(liang)台(tai)相(xiang)距(ju)一(yi)定(ding)距(ju)離(li)的(de)照(zhao)相(xiang)機(ji)，左(zuo)邊(bian)照(zhao)相(xiang)機(ji)產(chan)生(sheng)的(de)圖(tu)像(xiang)表(biao)示(shi)深(shen)度(du)信(xin)息(xi)
，右(you)邊(bian)照(zhao)相(xiang)機(ji)產(chan)生(sheng)差(cha)異(yi)的(de)二(er)維(wei)圖(tu)像(xiang)。關(guan)鍵(jian)是(shi)產(chan)生(sheng)深(shen)度(du)信(xin)息(xi)的(de)照(zhao)相(xiang)機(ji)需(xu)要(yao)分(fen)離(li)出(chu)深(shen)度(du)信(xin)息(xi)。無(wu)源(yuan)3D影像技術需要拍攝的物體具有突出的輪廓特點，比如邊緣、角

、線等。其優點是不需要特殊的硬件條件
，並成功使用在好幾個方麵。這種技術的缺點是需要兩台或者更多的高質量的照相機、圖像處理軟件。圖像質量
、拍照速度
、數據傳輸等都是這種機製能否被廣泛應用的限製因素。

 

 

有源3D光電圖像方法是投射一束有規律的空間分布的線狀光到物體上從而產生一個網狀格的深度。廣泛使用的有源光方法是飛行時間(time off light)方法，最近幾年
，市場上出現的3D照相機都是基於飛行時間方法，這些3D照相機主要應用於工業控製，通過飛行時間方法檢測相位來實現3D影像。一束幾十兆赫茲被調製的近紅外光照射到物體上，物體反射的光進入3D照(zhao)相(xiang)機(ji)
，由(you)於(yu)立(li)體(ti)物(wu)體(ti)的(de)遠(yuan)近(jin)距(ju)離(li)不(bu)同(tong)，反(fan)射(she)光(guang)的(de)相(xiang)位(wei)存(cun)在(zai)一(yi)個(ge)延(yan)遲(chi)
，通(tong)過(guo)檢(jian)測(ce)原(yuan)始(shi)光(guang)束(shu)以(yi)及(ji)反(fan)射(she)光(guang)束(shu)的(de)相(xiang)位(wei)延(yan)遲(chi)從(cong)而(er)檢(jian)測(ce)出(chu)物(wu)體(ti)的(de)景(jing)深(shen)，從(cong)而(er)實(shi)現(xian)3D圖像。這種3D圖像傳感器的製作由ZMD公司完成，ZMD公司根據3D圖像傳感器需要高速的特點從噪聲和速度進行工藝優化，響應速度可以到100MHz以上。

 

3D傳感技術的應用

 

其實，除了用於手機的人臉識別，3D傳感技術已經應用到了很多方麵，在2018中國互聯網大會上
，有國人廠家推出的智慧家庭新生態解決方案
，賦予電視3D人臉識別、精準內容推薦、手勢交互等創新功能，顛覆智慧家庭客廳體驗。通過3D人臉識別技術
，電視可在不獲取用戶隱私的前提下，精準識別出機頂盒前的觀眾的用戶畫像信息，包括性別、年齡
、情緒等等。同時，係統根據登錄的用戶角色信息
，通過綜合統計分析該用戶角色的行為數據

，可為用戶提供“千人千麵”的個性化EPG界麵，精準推薦電視節目、視頻點播
、遊戲應用等內容。

 

 

此外，3D傳感技術可以賦能各行各業：首先是機器人廠商，尤其是服務性機器人的眼睛需要3D視覺技術
，去感知周邊的環境，例如目標距離
、障礙物等信息;其次是安防廠商
，在傳統的安防攝像頭裏麵再加裝一個視覺傳感器
，就可以獲得一個更加精準的三維立體信息;還有門禁門鎖
，3D的刷臉識別相比2D的刷臉識別

，安全等級和精準性可以提升一級;最後，就手機行業的發展趨勢來說
，3D傳感技術未來的應用空間很大，刷臉等生物識別都離不開3D傳感技術
，此外VR
、AR、美顏也可以搭載3D傳感技術去做一些交互性、娛樂性的體驗。還有各種各樣的智能硬件
，凡是需要采集物體深度信息的相關功能，都會用到3D傳感技術。

 

 

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