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详解Face ID与3D传感技术

导读: 苹果公司在iPhone X中使用了“TrueDepth摄像机系统”(也就是“齐刘海”部分),通过使用里面的传感器和点阵投影仪,投射出3万多个点,就能形成一张完整的3D“脸谱”用来识别用户脸部。

什么是Face ID?

苹果公司在iPhone X中使用了“TrueDepth摄像机系统”(也就是“齐刘海”部分),通过使用里面的传感器和点阵投影仪,投射出3万多个点,就能形成一张完整的3D“脸谱”用来识别用户脸部。据悉, iPhone X采用定制的芯片来处理人工智能工作负载,这是一个双核的“ A11生物神经网络引擎”芯片,每秒运算次数最高可达6000亿次,该芯片赋能的最重要的事情就是使Face ID身份认证功能能够快速识别人脸。同时,经过不断被训练的神经网络建模识别人脸,当你的iPhone X识别你的脸部次数越多,它就会对你越熟悉。不管你是换发型、留胡子、戴帽子、戴眼镜,还是光线强弱不同,它都会认出你。

同为生物识别技术,TouchID的解锁错误率是五万分之一,而FaceID则是一百万分之一。

iPhoneX人脸识别功能主要靠刘海部位的原深感摄像头实现,主要包括距离感应器、泛光感应元件、点阵投影仪和红外镜头。虽然iPhone X实际进行人脸识别的过程非常复杂,不过可以简化成以下几个步骤:

1、检测物体靠近:当各位拿起手机时,首先工作的是距离感应器,它将会告诉iPhone X是否有物体进行靠近;

2、检测用户脸部:泛光感应元件采用垂直腔面发射激光器(VCSEL),POPPUR只要大家知道它会发射低功率红外光就可以了。在距离感应器检测到物体后,泛光感应元件就会对前方物体进行扫描,由红外镜头接收信息,并传给A11芯片神经网络系统进行判断,识别为脸部后再进行下一步操作。

3、获取3D人脸信息:虽然检测到是人脸,但是泛光感应元件发出的只是简单红外光,并不能记录空间信息,这时候点阵投影器发射的高功率红外结构光就派上用场了。结构光一般指呈条纹状或者点阵状的特殊光线,这种光线在打到凹凸不平的物体表面时会造成图像扭曲,从而获得物体的空间深度信息。

4、结构光接收:用于人脸识别的光线对精度要求比较高,不仅点阵投影仪发射的点要足够多(三万多个),同时还要防止环境光干扰,因此红外镜头上还搭载滤光片,除了特定频率的红外光都会被剔除掉(为了保证感应能力和避免太阳光的干扰,一般选择800~900nm波长附近的近红外光)。

5、收集完结构光等信息后,手机通过3D图像处理芯片可以生成具备空间信息的三维图像。这些信息将会经过特殊调制,以数据形式与保存在处理器的Secure Enclave的Face ID编码(注册Face ID时录入的信息,无法被提取到手机外或者被传到云端)进行配对,匹配度满足苹果设置的要求后手机就能实现解锁。

事实上,近几年来以来,业界对于脸部识别的应用“屡试不爽”,但一直因为安全问题被诟病。比如只需要通过一张电脑所有者的照片,就可以轻松进入设置了脸部识别登录方式的电脑;再比如流行科学作家丹·莫伦(Dan Moren)通过一个视频就击败了阿里巴巴的面部识别系统。

苹果的FaceID,采用的是结构光双摄方案,通过将3万多个光点的网络投射到人脸上,并随着用户转动头部以映射脸部3D形状,最终形成的是一个三维图像,这也是目前安全性最高的人脸识别方案。而其它技术更多还是二维人脸解锁的方案。

Face ID安全吗?

苹果iPhone X的面部识别功能中包含“注意力检测”功能,这个功能可以确认你是在清醒的状态下使用手机。因此当你睡觉时,有人试图解锁你手机的行为将会失败。

“注意力检测”原理为人眼视线检测,检测用户视线方向,判断用户的注视区域,系眼球追踪技术的一部分。这部分功能同样是由“齐刘海”硬件实现(苹果收购的眼动追踪企业SMI为技术提供方),利用红外镜头和泛光感应元件,实现人眼瞳孔的特征定位,在通过AI芯片A11的深度学习估算人眼视线方向。

在操作应用上其中涉及的公开专利原理摘要为,一种方法包括接收计算机化系统的用户的身体至少一部分的三维(3D)映射序列,并从3D映射中提取用户头部的3D坐标 。基于头部的3D坐标,识别由用户执行的注视方向以及在耦合到计算机化系统的显示器上,在注视方向上呈现的交互项目。从3D映射中提取指示;指示用户正在特定方向上移动身体的肢体,并且响应于该指示,将所识别的交互项目重新定位在显示器上。

详解Face ID与3D传感技术

这项于2016年12月份公开的专利,即是注意力检查的原理,将上图的PC机及摄像设备想象缩小到手机端,用户只有在眼睛注意力集中在一个圆圈中,同时它会要求用户将头部放在同一个圆圈中。这一步骤同时完成人脸图像扫描,以及注视点映射。

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