刷臉的時代 解密iPhoneX的人臉識別技術(shù)

　　相信這樣的場景用多了指紋識別的我們一定不陌生，很帥氣拿出手機(jī)點開支付寶按下指紋，卻發(fā)現(xiàn)指紋一直無法識別，是的，要怪就怪自己的油手。隨著iPhone5s配備了指紋解鎖，相應(yīng)的一系列應(yīng)用也把指紋作為安全加密的手段之一，除了安全更方便的是便捷，按個指紋的時間總比輸密碼快吧，況且輸密碼的時候還要顧及旁人會不會偷看。移動支付遍布整個中國的大街小巷，賣紅薯的大爺都有自己專屬的收款二維碼，還帶著現(xiàn)金的你就out啦。而支撐起移動支付安全的手段則是利用手機(jī)的指紋識別，除了偶爾的識別不成功以及相對的安全，總的來說指紋識別還是作為移動端主流的加密手段在使用。

　　2017年的9月。蘋果公司舉行了秋季發(fā)布會，每一年的9月是iPhone的新品發(fā)布會，這次也不例外，更加不例外的是iPhone8的“家族設(shè)計”，在手機(jī)講究看臉的時代，也就只有蘋果敢把同一個設(shè)計用了近4年。但令果粉感到些許欣慰的是第三款新機(jī)：iPhoneX，全新的設(shè)計，全新的外觀，驚艷的OLED全面屏以及蘋果黑科技：Face id，iPhoneX毫無意外的登上第二天各大媒體的頭條。

　　看到iPhoneX的圖，很多人都在想，Home鍵去哪了，在背后?在屏幕下方?都不對，而是完全棄用Home鍵這個蘋果的經(jīng)典設(shè)計，相當(dāng)于寶馬的前臉沒有了“雙腎”一樣。 這次iPhoneX采用的是人臉識別技術(shù)，用蘋果官方的話來說就是“面容ID”。

　　說起人臉識別，先要講講什么是人臉識別。人臉識別，是基于人的臉部特征信息進(jìn)行身份識別的一種生物識別技術(shù)。用攝像機(jī)或攝像頭采集含有人臉的圖像或視頻流，并自動在圖像中檢測和跟蹤人臉，進(jìn)而對檢測到的人臉進(jìn)行臉部的一系列相關(guān)技術(shù)，通常也叫做人像識別、面部識別。人臉識別始于20世紀(jì)60年代，隨著計算機(jī)技術(shù)和光學(xué)成像技術(shù)的發(fā)展得到提高，而真正進(jìn)入初級的應(yīng)用階段則在90年后期，以美國、日本和德國的技術(shù)為主。隨著人工智能的發(fā)展以及處理的快速迭代更新，人臉識別技術(shù)也獲得了很大的突破，同時人臉識別也是生物特征的最新應(yīng)用。其核心技術(shù)的實現(xiàn)，展現(xiàn)了弱人工智能向強(qiáng)人工智能的轉(zhuǎn)化。總的來說，人臉識別的原理是收集用戶的面部數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫，然后讓機(jī)器進(jìn)行學(xué)習(xí)。通過采集需要解鎖對象的面部數(shù)據(jù)，放進(jìn)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對，最后完成解鎖。先進(jìn)的算法有利于高精度的計算，但如果一旦被破解，就終生被破解，畢竟人臉是不能變的。

　　人臉識別出現(xiàn)在手機(jī)也不是蘋果首創(chuàng)，安卓的人臉識別就出現(xiàn)了很多人，在Android4.0的時候谷歌就加入了人臉識別的功能，只不過那時候的人臉識別以娛樂性質(zhì)為主，一張照片就能騙過去，并不具備安全功能。當(dāng)時的人臉識別主要受限于兩個因素：1.手機(jī)不夠足夠的空間去堆放更加高級的人臉識別傳感器;2.也是最關(guān)鍵的一點：算法有瓶頸，不能計算出人臉凹凸有致的紋理，只停留在2d平面階段。這也是為什么僅僅照片就能騙過去的原因。

　　iPhoneX 的小小劉海集成了8個傳感器，其中為人臉識別服務(wù)的就有4個。其實蘋果在早些的時候就已經(jīng)開始布局3D深度感知元件，提前收購了以色列的一家人臉識別公司。新一代的iPhoneX正是使用了原深感攝像頭，通過點陣投影器將30， 000 個肉眼不可見的光點投影在你的臉部，繪制出獨一無二的面譜。并結(jié)合紅外鏡頭來讀取這些光點所反射回來的深度，就可以快速掃描人臉的3D結(jié)構(gòu)。因為人的面部并不是平坦的，所以面容ID采集到的人體面部3D數(shù)據(jù)能夠分辨出的幾何精度會非常高，大大降低了錯誤率。而且Face ID人臉識別功能的速度會比Touch ID指紋識別的速度更快。可以說，蘋果的這項黑科技是十分厲害了。

　　“面容ID”記錄的是三維的人臉的深度信息，天然防止了平面的紙張、視頻等人臉攻擊手段，且由于其點陣投影器、泛光照明燈的特性，可以對其人臉膚色與其它材質(zhì)有較 好的區(qū)分性，防止了面具等攻擊手段。由于獲得人臉信息是通過紅外技術(shù)手段，理論上是可以在任何環(huán)境光條件下使用。

　　2016年的手機(jī)設(shè)計潮流是金屬中框+注塑天線，2017年是“人人都有全面屏+雙攝”，到了2018我預(yù)測是“真正的全面屏+面部識別”，畢竟蘋果帶潮流的能力是有過之而無不及的。但就目前蘋果“Face id”上的結(jié)構(gòu)光做到像iPhoneX上面那么小有難度。從結(jié)構(gòu)光的技術(shù)原理上分析，要形成一個精準(zhǔn)的三維模型，至少需要 4-5 幀視頻圖像進(jìn)行重建，需要保證光源發(fā)射器的頻率和攝像頭捕捉畫面頻率同步， 這對于普通紅外攝像機(jī)的幀率 25 幀來講，至少需要 200ms 時間完成光源信息 采集，再通過算法對其點云重建，時間較長。如何克服這一問題還不得而知。受限于硬件限制，目前3 維人臉數(shù)據(jù)的采集難度較大，數(shù)據(jù)樣本太少，對人臉識別算法的學(xué)習(xí)和研究帶來一定難度。

　　但就人臉識別的體驗而言是好的，擁有廣泛的應(yīng)用場景。除了手機(jī)解鎖和手機(jī)支付以外，也有很強(qiáng)的娛樂功能，比如蘋果的“animoji”和通過三維建模制作出自己人臉的蠟像，未來的虛擬更衣，制作3d玩偶等。