刷臉的時(shí)代 解密iPhoneX的人臉識別技術(shù)

　　相信這樣的場(chǎng)景用多了指紋識別的我們一定不陌生，很帥氣拿出手機點(diǎn)開(kāi)支付寶按下指紋，卻發(fā)現指紋一直無(wú)法識別，是的，要怪就怪自己的油手。隨著(zhù)iPhone5s配備了指紋解鎖，相應的一系列應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(gè)指紋的時(shí)間總比輸密碼快吧，況且輸密碼的時(shí)候還要顧及旁人會(huì )不會(huì )偷看。移動(dòng)支付遍布整個(gè)中國的大街小巷，賣(mài)紅薯的大爺都有自己專(zhuān)屬的收款二維碼，還帶著(zhù)現金的你就out啦。而支撐起移動(dòng)支付安全的手段則是利用手機的指紋識別，除了偶爾的識別不成功以及相對的安全，總的來(lái)說(shuō)指紋識別還是作為移動(dòng)端主流的加密手段在使用。

　　2017年的9月。蘋(píng)果公司舉行了秋季發(fā)布會(huì )，每一年的9月是iPhone的新品發(fā)布會(huì )，這次也不例外，更加不例外的是iPhone8的“家族設計”，在手機講究看臉的時(shí)代，也就只有蘋(píng)果敢把同一個(gè)設計用了近4年。但令果粉感到些許欣慰的是第三款新機：iPhoneX，全新的設計，全新的外觀(guān)，驚艷的OLED全面屏以及蘋(píng)果黑科技：Face id，iPhoneX毫無(wú)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(gè)蘋(píng)果的經(jīng)典設計，相當于寶馬的前臉沒(méi)有了“雙腎”一樣。 這次iPhoneX采用的是人臉識別技術(shù)，用蘋(píng)果官方的話(huà)來(lái)說(shuō)就是“面容ID”。

　　說(shuō)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)。用攝像機或攝像頭采集含有人臉的圖像或視頻流，并自動(dòng)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60年代，隨著(zhù)計算機技術(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(zhù)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(shí)人臉識別也是生物特征的最新應用。其核心技術(shù)的實(shí)現，展現了弱人工智能向強人工智能的轉化?？偟膩?lái)說(shuō)，人臉識別的原理是收集用戶(hù)的面部數據存入數據庫，然后讓機器進(jìn)行學(xué)習。通過(guò)采集需要解鎖對象的面部數據，放進(jìn)數據庫進(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。

　　人臉識別出現在手機也不是蘋(píng)果首創(chuàng )，安卓的人臉識別就出現了很多人，在A(yíng)ndroid4.0的時(shí)候谷歌就加入了人臉識別的功能，只不過(guò)那時(shí)候的人臉識別以?shī)蕵?lè )性質(zhì)為主，一張照片就能騙過(guò)去，并不具備安全功能。當時(shí)的人臉識別主要受限于兩個(gè)因素：1.手機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(diǎn)：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(guò)去的原因。

　　iPhoneX 的小小劉海集成了8個(gè)傳感器，其中為人臉識別服務(wù)的就有4個(gè)。其實(shí)蘋(píng)果在早些的時(shí)候就已經(jīng)開(kāi)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(guò)點(diǎn)陣投影器將30， 000 個(gè)肉眼不可見(jiàn)的光點(diǎn)投影在你的臉部，繪制出獨一無(wú)二的面譜。并結合紅外鏡頭來(lái)讀取這些光點(diǎn)所反射回來(lái)的深度，就可以快速掃描人臉的3D結構。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數據能夠分辨出的幾何精度會(huì )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(huì )比Touch ID指紋識別的速度更快?？梢哉f(shuō)，蘋(píng)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(diǎn)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 好的區分性，防止了面具等攻擊手段。由于獲得人臉信息是通過(guò)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年的手機設計潮流是金屬中框+注塑天線(xiàn)，2017年是“人人都有全面屏+雙攝”，到了2018我預測是“真正的全面屏+面部識別”，畢竟蘋(píng)果帶潮流的能力是有過(guò)之而無(wú)不及的。但就目前蘋(píng)果“Face id”上的結構光做到像iPhoneX上面那么小有難度。從結構光的技術(shù)原理上分析，要形成一個(gè)精準的三維模型，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(huà)面頻率同步， 這對于普通紅外攝像機的幀率 25 幀來(lái)講，至少需要 200ms 時(shí)間完成光源信息 采集，再通過(guò)算法對其點(diǎn)云重建，時(shí)間較長(cháng)。如何克服這一問(wèn)題還不得而知。受限于硬件限制，目前3 維人臉數據的采集難度較大，數據樣本太少，對人臉識別算法的學(xué)習和研究帶來(lái)一定難度。

　　但就人臉識別的體驗而言是好的，擁有廣泛的應用場(chǎng)景。除了手機解鎖和手機支付以外，也有很強的娛樂(lè )功能，比如蘋(píng)果的“animoji”和通過(guò)三維建模制作出自己人臉的蠟像，未來(lái)的虛擬更衣，制作3d玩偶等。