一文讀懂Face ID:蘋果真的不應該被黑

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作者系眼動追蹤公司七鑫易維CEO黃通兵

在iPhone X推出后,網絡上段子手層出不窮,比如在老公睡覺的時候,用老公的手機對臉解鎖來偷看手機;或者強迫老公,隨意喊老公看一眼,付費即可成功等等。網友更是從剁手發展到要剁臉的調侃,但是在解鎖及支付這樣的安全應用場景上,Face ID究竟是怎么來做的呢?這不得不解析一下蘋果早在半年前就開始進行布局的“注意力檢測“技術。

而這項技術的問世離不開蘋果最近一次宣布收購德國老牌眼動追蹤企業SMI(全名SensoMotoric Instruments),這家有25年歷史的眼控企業前身是柏林自由大學學術醫療研究院,后剝離出來獨自成立眼球追蹤技術公司,產品包括面向企業與研發機構的眼球追蹤設備/應用、醫療眼控輔助設備、手機、電腦、VR設備的眼控技術支持等。

什么是Face ID?“注意力檢測”又是什么?

蘋果iPhone X新的身份認證方式就是Face ID。簡單理解就是用戶在解鎖時,只需要看著手機,就能實現刷臉解鎖。具體來說,Face ID在實現用戶解鎖上有兩個步驟:圖像捕獲,人臉識別。

iPhone X硬件上特別設計了“齊劉海”——被眾網友調侃為向喬幫主致敬,更有甚者吐槽為中年男子發際線危機的象征,拋開惡意及無底線的調侃,或許蘋果在全屏幕和硬件元件上的舍與得,比網友的腦洞更大。

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這一個區域集成了多達八個組件:麥克風、揚聲器、前置攝像頭、環境光傳感器、距離感應器、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)。系統能夠根據用戶的臉部特征構建出一個“詳細且深度的繪圖,以便快速識別”。

蘋果iPhone X的面部識別功能中包含“注意力檢測”功能,這個功能可以確認你是在清醒的狀態下使用手機。因此當你睡覺時,有人試圖解鎖你手機的行為將會失敗。

“注意力檢測”原理為人眼視線檢測,檢測用戶視線方向,判斷用戶的注視區域,系眼球追蹤技術的一部分。這部分功能同樣是由“齊劉海”硬件實現(蘋果收購的眼動追蹤企業SMI為技術提供方),利用紅外鏡頭和泛光感應元件,實現人眼瞳孔的特征定位,在通過AI芯片A11的深度學習估算人眼視線方向。

在操作應用上其中涉及的公開專利原理摘要為,一種方法包括接收計算機化系統的用戶的身體至少一部分的三維(3D)映射序列,并從3D映射中提取用戶頭部的3D坐標 。基于頭部的3D坐標,識別由用戶執行的注視方向以及在耦合到計算機化系統的顯示器上,在注視方向上呈現的交互項目。從3D映射中提取指示;指示用戶正在特定方向上移動身體的肢體,并且響應于該指示,將所識別的交互項目重新定位在顯示器上(如下圖示例)。

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這項于2016年12月份公開的專利,即是注意力檢查的原理,將上圖的PC機及攝像設備想象縮小到手機端,用戶只有在眼睛注意力集中在一個圓圈中,同時它會要求用戶將頭部放在同一個圓圈中(如下圖)。這一步驟同時完成人臉圖像掃描,以及注視點映射。

當今視線檢測技術的精度可以達到1°以下,一些多年從事眼動分析的技術公司可以做到0.4°的高精度。按照1°的偏差精度來計算,當用戶注視iPhone X手機屏幕圓圈時,視線偏差距離不超過5mm。因此,通過“注意力檢測”技術,當人眼的關注視線落在手機屏幕上時,Face ID認為此時用戶傳達了交互的目的,即進行解鎖。而在用戶視線偏離手機屏幕時,“注意力檢測”結果將幫助Face ID不要誤解鎖手機。

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Face ID會失效嗎?

Face ID為滿足不同時段不同環境對攝像頭的要求,如白天、黑夜、室內、室外。攝像頭會使用紅外光(泛光感應元件)照亮你的臉,使用紅外鏡頭捕捉圖像。以下是人臉識別的具體步驟:

1. 首先,把IR圖像從相機發送到iPhone X的神經引擎里,以構建用戶的人臉3D模型

2. 將用戶的3D模型或“驗證圖像”在計算機算法中呈現,并將其與用戶存儲的模板或“設置圖像”進行比較;

3. 根據這兩個圖像之間的相似度得出對比數值,看驗證圖像和設置圖像是否匹配;

4. 如果對比數值高于某個確定數值,iPhone X會通過你的身份驗證并解鎖。

因此,Face ID是否會失效要看蘋果對于閾值的設定,如果設定較高的閾值,相應失效問題就會小很多。

如何想解鎖手機或者Apple Pay付費,除了攝像頭掃描到用戶臉部特征之外,還需要用戶視線(人眼的單目還是雙目,可以通過算法設定)集中在14.1cm*7.1cm區域大小的手機屏幕上。這就需要用戶精力高度集中,將人眼視線投射到手機上,即前文提到的“注意力檢測”原理。

眼球追蹤技術將會為蘋果帶來哪些新的應用?

這項技術應用到智能手機上將會實現眼控手機界面交互例如:眼動打開應用、切換應用、閱讀時眼控自動翻頁、瀏覽網頁時眼控跳轉等,拍照自動對焦、眼控游戲等等,很多能解放人們的雙手,更加方便的操作手機,使其更加智能。

蘋果的十年又是蘋果攝像頭進化的十年,在蘋果重視的拍照智能化上,iPhone X加入了Portrait Lightning功能。從智能色溫處理,到智能補光,再到如今的場景光影模擬的處理。如果眼控對焦的加入無疑將拍照推進到了準“鋼鐵俠之眼”的功能,預想一下以后拍攝的時候:

我們就不需要完成既要拿穩手機,又要用手指對焦和按快門,以及加上自拍桿化身長臂猿卻無法調解對焦的尷尬局面,而且生活中又有很多需要快速對焦和拍攝的場景,很容易由于操作復雜,失去捕捉拍攝的機會,或者焦點沒有對準,拍出模糊照片。

未來當iPhone支持眼控對焦,眼睛在屏幕上看到哪里,焦點就出現在哪里,節省對焦時間,非常適用于變化或運動場景的快速對焦拍照。

蘋果在發布新一代產品的時候往往會采取逐步停產上一代產品的市場戰略。在紀念蘋果十年推出的iPhone X,即是蘋果使用了Face ID開始逐步抹殺Touch ID的開端,眼球追蹤技術的加入無疑將使得蘋果的全屏幕展開一個新的時代,這也是現在Face ID和安卓的人臉識別技術不同的所在。但對于技術跟進很快的安卓端手機廠商來說,將眼球追蹤技術加入下一代手機產品中相信也會是不遠的命題。

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