詳解蘋果FaceID，將讓深度攝像頭成主流

iPhone X的資訊想必都知道了，它正面幾乎全是螢幕，也就意味著唯一的按鍵Home鍵以及Touch ID的消失，而新的身份認證方式就是Face ID。如其名，在開鎖時使用者只需要看著手機，Face ID就能實現刷臉解鎖。

隨著人工智慧概念的普及，人臉識別已經屢見不鮮。但這次，蘋果除了用到影像識別外，還在Face ID的人臉識別中加入了深度資訊，讓身份認證更安全。

Face ID的實現靠的是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八個元件，除了麥克風、揚聲器、前置攝像頭、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原深感攝像頭（TrueDepth Camera System），而整個系統除了能用於Face ID人臉驗證，也可以擴充套件自拍功能，實現動畫表情釋出，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，並讀取使用者的臉部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，從而形成一張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的臉上，這樣在黑暗中也能識別人臉。

蘋果甚至為此開發了一個神經引擎（Neural Engine），可即時處理人臉識別。蘋果高階副總裁Phil Schiller在釋出會上解釋稱，“我們用神經網路處理影像和點陣模式，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。雖然下圖看起來還挺可怕。

庫克在釋出會上說，Face ID比Touch ID更為安全，後者被破解的概率是五萬分之一，而前者是百萬分之一。無論是改變髮型，戴上眼鏡，還是戴上帽子，Face ID都能成功識別。不過蘋果也提到，Face ID在長相近似的人身上可能會失效，如果是雙胞胎的話，出錯的概率會增加不少。

另外，Face ID還是要在使用者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，實現刷臉支付。

人臉識別與刷臉支付早已被外界熟知，雷鋒網也曾報導過馬雲在支付寶上的演示。這次蘋果的Face ID在二維的影像上疊加了一層深度資訊，可以保證人臉識別更安全。對於人臉識別中用照片矇騙系統的問題，由於有了3D資訊，也起不到作用。

而且正如蘋果演示的那樣，多出來的深度資訊還可以優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攝像頭念頭，不嚴格的說可以回到2013年。雷鋒網曾報導，當年底蘋果以3億美元左右的價格收購了以色列公司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、機器人等各類裝置上。

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和索尼的PS爭奪家庭主機市場。後來微軟有意收購Primesense，但由於價格沒談攏而作罷，而且雙方的合作也終止，這導致後者內部經歷了大裁員。

在失去最大的客戶後，Primesense估值下滑，最終被蘋果收購。併購後，外界一直在猜測，蘋果會何時用上深度感知技術。如今它終於將其用在了手機前置攝像頭上。

目前深度感知領域有三大主流技術方案：飛行時間（TOF），結構光，雙目視覺。PrimeSense用的是結構光方案，毫無疑問，蘋果也用的改良版的方案。

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，與原圖進行對比就能生成深度圖。英特爾的RealSense實感技術也用到了這種方法。

TOF深度攝像頭後來被微軟用在了第二代的Kinct，其原理是，感測器發出經調製的脈衝紅外光，遇物體後反射，感測器通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，通過兩個攝像頭的視差來確定距離資訊。這種方案在移動裝置上的應用較少，多用在戶外機器人。

國內做深度攝像頭的廠商奧比中光告訴雷鋒網(公眾號：雷鋒網)，比較三種方案，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。

手機後置攝像頭已經從單鏡頭進化到了雙鏡頭，在這次釋出會前，不少業界人士就猜測，新iPhone的前置攝像頭也會增加深度資訊，由二維進化到三維。現在訊息已經坐實，以蘋果的體量無疑會引爆市場，讓其它廠商紛紛跟進。只是，做指紋識別的公司，你們還好嗎。

本文作者：張馳

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