iPhoneX的Face ID夜间为什么还能识别人脸?
iPhoneX终于在苹果2017年秋季新品发布会亮相，包括全面屏、无线充电和人脸识别的新特性早已曝光，8388的起售价也成了史上最贵iPhone。发布会上苹果营销高级副总裁菲尔·席勒(Phil Schiller)说Face ID技术是“解锁手机和保护用户信息的未来”。但许多人可能还是会疑惑，iPhoneX在夜间或者光线不足的情况下还能进行人脸识别吗?
iPhoneX Face ID
不久前，支付宝视频展示刷脸就可以在KFC的自助点餐机上成功点餐，并且该自助点餐机的人脸识别系统在不同发型，不同装束下都成功识别，可见人脸识别的应用已经取得了一定的进展。不过，今年发布的三款新iPhone只有一款采用人脸识别，其他两款仍然采用Touch ID作为解锁方式，可见人脸识别应用于手机仍然存在难度。那么iPhoneX是如何实现人脸识别的?Phil Schiller介绍说Face ID采用了TrueDepth相机技术及其配置的相应子系统，其中包括红外传感器、照明器、点阵投影仪、距离传感器和环境光线传感器等各种传感器设备。当用户看着手机时，它会向面部投射30,000个不可见的IR点，相机会捕捉并拍摄图像，然后将其与存储的面部图像进行对比。这一切都是实时发生的。该功能整合了神经网络技术以及其他传感器技术，能够有效区分不同面部，并且辨别手机前的人像是否只是一张照片，其也可以检测到用户是否戴着口罩。
上述的解释虽然通俗易懂，我们可以从更深的层次去理解iPhoneX的Face ID。想要实现理想的人脸识别，需要通过3D成像获得对人脸识别非常重要的景深信息。目前，3D成像方面最主流的有结构光(Structured Light)和TOF(Time Of Flight)两种技术。对比两种技术可以发现，结构光的优势在于3D传感器分辨率比TOF高很多。并且由于结构光是只照射其中局部区域，而TOF是激光全面照射，所以结构光的功耗也比较低。但结构光同样也有缺点，比如边界线不太清晰，拍人的时候有时会胖一点有时会瘦一点。TOF作为单点测距效果不错，已经应用到手机的前置测距。但TOF如果要追赶分辨率和帧数，功耗会达到手机无法承受的程度。TOF另一个缺点是噪点比较大，用光测量距离如果距离太长会产生噪点，同时边沿精度会降低。鉴于结构光和TOF在分辨率、帧率等方面的差别，手机里结构光的基线又必须限制在25毫米以内，近距的精度跟TOF差不多甚至好一点，远距精度比TOF差，因此针对不同的应用手机厂商会选择不同的解决方案。
苹果具体是怎么做的?据一名资深工程师分析，苹果在2013年收购了PrimeSense，该公司的结构光3D传感器就应用于微软Kinect体感设备，因此苹果用结构光实现人脸识别就水到渠成。结构光的整个结构由发射机构和接收机构两部分组成。发射部分有940nm VCSEL激光器，现在很多手机上用的激光对焦器跟这是一个原理，激光器前面有一片DOE(衍射光学器件)，主要目的是形成在目标上的不同的散斑编码，这次苹果用的就是在人脸上形成一副带有编码信息的图片。接收端的芯片选用ST的1.4M的红外图像传感器，这是由于拍摄人脸上的带有激光编码信息的图像传输给ISP处理，根据这幅图像和DOE上的编码进行解码来产生3D的距离信息并生成一副带有深度信息的人脸图像并与本机存储的人脸深度信息进行对比，准确率达到一定百分比即可解锁。因为图像传感器一直有光输入的，940nm的激光一直发射，实际上可见光都是被屏蔽的，只接收发射的940nm光线，可见光没用，所以并不存在晚上会不好用或者失效的问题。这就从技术上解读了iPhoneX的Face ID以及TrueDepth相机。
图：结构光3D传感器
另外，仅结构光也包括单目+投影激光，双目+投影激光的方法。这一领域有一定领先优势的英特尔采用双目+投影激光的方式，但体积较大不适合手机，单目体积较小，但是算法比较复杂。结构光的计算部分也有两种解决方案：一种是直接用手机的AP进行纯软件计算，比较消耗AP的计算资源。还有一种是DSP芯片加软件算法，成本跟用ASIC差不多，但是分辨率较低。从发布会介绍我们可以知道，苹果人脸识别的实现依赖于具有运行诸如机器学习和人工智能等应用的强大功能，双核神经引擎每秒可进行6000亿次操作的A11移动处理芯片。因此如果用户更换头发或戴上帽子，或者戴上眼镜，Face ID依旧可以有效工作。如果用户的脸随着时间的推移而变化，比如说长了胡子等Face ID一样可以适应。
既然人脸识别在夜间或者可见光不佳的情况下并不会受到影响，强大的处理性能保证了其识别的效果，同时3D摄像头所能实现的功能也不像虹膜识别一样仅能做为身份认证，那么3D传感器还有哪些功能值得期待?比如美颜功能，由于3D摄像头可以采集到景深信息，因此针对人像的美化立体感将会更佳，光影效果、鼻子旁边侧面的阴影都可以做比较精细化的处理，处理完之后人像看起来更有立体感，美化效果也更好。再如，通过3D摄像头结合人体立体信息，在一定距离范围下可以对手指的每一个关键做了非常精准的控制，这也可能为手机交互带来新变革。除此之外， AR游戏、3D测距、3D室内导航等功能也值得期待。
苹果的每一个革新都可能影响一个产业，TrendForce旗下拓墣产业研究院表示，随着苹果iPhoneX中放入3D感测功能，吸引不少厂商投入3D感测产品布局，预期移动设备3D感测模组市场产值将于2017年出现跳跃性成长，市场规模预计将从2017年的15亿美元成长到2020年的140亿美元，年复合成长率为209%。
图：2016-2020年移动设备3D感测模组产值
虽然苹果的产品总是以体验优先，iPhone革新的多点触控、指纹识别等功能也都对行业产生了重要影响，但这次人脸识别能否受到用户青睐、吸引其他厂商争相学习仍不清晰。作为消费者的你，还期待3D摄像头给我们带来什么惊喜?(责编：王琼芳)
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