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刷脸时代:解密iPhoneX的人脸识别技术

导读: 人脸识别出现在手机也不是苹果首创,安卓的人脸识别就出现了很多人,在Android4.0的时候谷歌就加入了人脸识别的功能,只不过那时候的人脸识别以娱乐性质为主,一张照片就能骗过去,并不具备安全功能。

相信这样的场景用多了指纹识别的我们一定不陌生,很帅气拿出手机点开支付宝按下指纹,却发现指纹一直无法识别,是的,要怪就怪自己的油手。随着iPhone5s配备了指纹解锁,相应的一系列应用也把指纹作为安全加密的手段之一,除了安全更方便的是便捷,按个指纹的时间总比输密码快吧,况且输密码的时候还要顾及旁人会不会偷看。移动支付遍布整个中国的大街小巷,卖红薯的大爷都有自己专属的收款二维码,还带着现金的你就out啦。而支撑起移动支付安全的手段则是利用手机的指纹识别,除了偶尔的识别不成功以及相对的安全,总的来说指纹识别还是作为移动端主流的加密手段在使用。

2017年的9月。苹果公司举行了秋季发布会,每一年的9月是iPhone的新品发布会,这次也不例外,更加不例外的是iPhone8的“家族设计”,在手机讲究看脸的时代,也就只有苹果敢把同一个设计用了近4年。但令果粉感到些许欣慰的是第三款新机:iPhoneX,全新的设计,全新的外观,惊艳的OLED全面屏以及苹果黑科技:Face id,iPhoneX毫无意外的登上第二天各大媒体的头条。

看到iPhoneX的图,很多人都在想,Home键去哪了,在背后?在屏幕下方?都不对,而是完全弃用Home键这个苹果的经典设计,相当于宝马的前脸没有了“双肾”一样。 这次iPhoneX采用的是人脸识别技术,用苹果官方的话来说就是“面容ID”。

说起人脸识别,先要讲讲什么是人脸识别。人脸识别,是基于人的脸部特征信息进行身份识别的一种生物识别技术。用摄像机或摄像头采集含有人脸的图像或视频流,并自动在图像中检测和跟踪人脸,进而对检测到的人脸进行脸部的一系列相关技术,通常也叫做人像识别、面部识别。人脸识别始于20世纪60年代,随着计算机技术和光学成像技术的发展得到提高,而真正进入初级的应用阶段则在90年后期,以美国、日本和德国的技术为主。随着人工智能的发展以及处理的快速迭代更新,人脸识别技术也获得了很大的突破,同时人脸识别也是生物特征的最新应用。其核心技术的实现,展现了弱人工智能向强人工智能的转化。总的来说,人脸识别的原理是收集用户的面部数据存入数据库,然后让机器进行学习。通过采集需要解锁对象的面部数据,放进数据库进行比对,最后完成解锁。先进的算法有利于高精度的计算,但如果一旦被破解,就终生被破解,毕竟人脸是不能变的。

人脸识别出现在手机也不是苹果首创,安卓的人脸识别就出现了很多人,在Android4.0的时候谷歌就加入了人脸识别的功能,只不过那时候的人脸识别以娱乐性质为主,一张照片就能骗过去,并不具备安全功能。当时的人脸识别主要受限于两个因素:1.手机不够足够的空间去堆放更加高级的人脸识别传感器;2.也是最关键的一点:算法有瓶颈,不能计算出人脸凹凸有致的纹理,只停留在2d平面阶段。这也是为什么仅仅照片就能骗过去的原因。

iPhoneX 的小小刘海集成了8个传感器,其中为人脸识别服务的就有4个。其实苹果在早些的时候就已经开始布局3D深度感知元件,提前收购了以色列的一家人脸识别公司。新一代的iPhoneX正是使用了原深感摄像头,通过点阵投影器将30, 000 个肉眼不可见的光点投影在你的脸部,绘制出独一无二的面谱。并结合红外镜头来读取这些光点所反射回来的深度,就可以快速扫描人脸的3D结构。因为人的面部并不是平坦的,所以面容ID采集到的人体面部3D数据能够分辨出的几何精度会非常高,大大降低了错误率。而且Face ID人脸识别功能的速度会比Touch ID指纹识别的速度更快。可以说,苹果的这项黑科技是十分厉害了。

“面容ID”记录的是三维的人脸的深度信息,天然防止了平面的纸张、视频等人脸攻击手段,且由于其点阵投影器、泛光照明灯的特性,可以对其人脸肤色与其它材质有较 好的区分性,防止了面具等攻击手段。由于获得人脸信息是通过红外技术手段,理论上是可以在任何环境光条件下使用。

2016年的手机设计潮流是金属中框+注塑天线,2017年是“人人都有全面屏+双摄”,到了2018我预测是“真正的全面屏+面部识别”,毕竟苹果带潮流的能力是有过之而无不及的。但就目前苹果“Face id”上的结构光做到像iPhoneX上面那么小有难度。从结构光的技术原理上分析,要形成一个精准的三维模型,至少需要 4-5 帧视频图像进行重建,需要保证光源发射器的频率和摄像头捕捉画面频率同步, 这对于普通红外摄像机的帧率 25 帧来讲,至少需要 200ms 时间完成光源信息 采集,再通过算法对其点云重建,时间较长。如何克服这一问题还不得而知。受限于硬件限制,目前3 维人脸数据的采集难度较大,数据样本太少,对人脸识别算法的学习和研究带来一定难度。

但就人脸识别的体验而言是好的,拥有广泛的应用场景。除了手机解锁和手机支付以外,也有很强的娱乐功能,比如苹果的“animoji”和通过三维建模制作出自己人脸的蜡像,未来的虚拟更衣,制作3d玩偶等。

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