有沒有要買新機你都要知道 Face ID 解鎖如何運作!看完本文秒懂

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本篇來自合作媒體 雷鋒網 ,INSIDE 經授權轉載。

蘋果 2017 年秋季新品發布會現場,蘋果首次示範 iPhone X 的 Face ID 功能「失敗」一事,一下成為業界廣為談論的趣聞。雖然蘋果就此已給出官方回應,但絲毫不影響群眾對新機人臉識別功能的好奇和關注。

新機 iPhone X 將使用 Face ID 的識別系統來解鎖設備,同時,Face ID 還能支持 Apple Pay 和第三方應用。那麼,很多人不禁想問:機器是如何判斷你的身份是否真實?

具體來說,判斷的過程主要有兩個步驟:

圖像捕獲

人臉識別

據密歇根州立大學研究模式識別和電腦視覺的 Anil Jain 介紹說:「機器會比較兩張人臉圖像,以確定二者的相似程度」。「以最簡單的方式來說,這就是人臉識別的功能。用戶透過自己的臉部進行和完成驗證,其實就像此前用指紋登錄 Touch ID 一樣。」Anil Jain 對此表示。

圖像捕獲

在這一步驟中,Face ID 使用光投影儀和感應器的組合,會對用戶的人臉特徵拍攝幾張圖像。蘋果表示,該組合可稱之為「原深感鏡頭系統(TrueDepth Camera System),系統中的技術可以協同工作,並能根據用戶的臉部特徵構建出一個「詳細且深度的地圖,以便實現快速識別,同時也可以擴展自拍功能,實現動畫表情發布,和 AR 效果疊加。

用戶在設置 Face ID 時,可以按照出現在手機螢幕上的說明進行相關操作。根據說明顯示,它會要求用戶將頭部放在一個圓圈中,以便相機可以拍攝多張照片,以組成臉部的 3D 地圖。據了解,在捕捉圖像時,鏡頭會使用紅外光(IR)照亮你的臉,以滿足不同時段不同環境對鏡頭的要求,如白天、黑夜,室內、室外等。IR 的一大功效在於可將電磁輻射的波長跨越可見光譜,所以即使在黑暗環境中,iPhone X 的螢幕也不會讓你感到炫目。

紅外光是一種不可見的感應元件,可以補償黑暗背景或環境光線以及在高亮或明亮環境中的光線的影響。Jain 對此解釋,紅外照明可幫助人臉識別在非常有利的環境下進行。

以下是圖像捕獲的具體步驟:

首先,距離感應器和環境光感應器會幫助原深度鏡頭系統確定人臉識別需要多少照明;

其後,泛光感應元件(Flood illuminator)產生紅外光,以肉眼不可見的部分電磁光譜照亮用戶的臉部;

用戶在驗證時,點陣投影儀會投射 30000 萬多個不可見的紅外光點在人臉上,從而形成一張用戶臉部的 3D 地圖; 最後,紅外攝影機會捕獲從用戶臉部反射回來的紅外光形成的點陣圖像。

人臉識別

一般來說,臉部也是一種可衡量的「生物特徵」。據了解,在安全性中使用的其他一些生物特徵還包括指紋、聲音和虹膜等。

所有生物識別系統基本上是採取「比較兩種複雜模式,併計算彼此相似度」的方式。這些模式可能是指你的聲音、指紋、虹膜或者臉部特徵的波形。

在設置生物識別系統時,電腦(如智慧手機中的處理器)捕獲並存儲的參考模式,一般也成為模板或註冊圖像。然後,在用戶想使用某個設備(比如,解鎖手機)時,用戶需要向電腦提供「驗證圖像」。

「在電腦內部,它需要計算一個介於 0 和 1 之間的數值。」Jain 對此表示,「如果數值越接近 1,則說明這個生物特徵越接近於驗證圖像,二者是相同或相似的指紋或臉部特徵。如果數值越接近 0,則表示它和設備的主人不是同一個人。」

不過,由於拍攝條件的差異,用戶在設置和驗證時捕捉的圖像可能會不太一樣。在這種情況下,iPhone X 會透過閾值來確定二者是否存在顯著不同。例如,在某些情況下,0.7 的對比數值已經表示二者足夠相似或接近,所以最低數值並不是一個固定值。

「如果你只是透過 Face ID 解鎖手機,該手機品牌使用的內部閾值可能會相對較低。比如,他們可以將數值設為 0.5 或者 0.6。「Jain 補充說,但是在某些特定情況下,數值則會相對較高,比如用戶支付相對高額的產品時,則需要相對精確的驗證。「當用戶在蒂芙尼購買一條價值 10000 美元的項鍊時,這一驗證的數值可能會上升到 0.9。」

然而,這一驗證過程非常快,快到用戶幾乎感受不到它的存在。其主要得力於 iPhone X 處理器的強大威力。據蘋果營銷總監 Phil Schiller 介紹,蘋果為此開發了一個神經引擎(Neural Engine),可即時處理人臉識別。「該神經引擎每秒可執行 6000 億多次操作,從而可以實現實時的 Face ID 處理。」

以下是人臉識別的具體步驟:

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

將用戶的 3D 模型或「驗證圖像」在電腦算法中呈現,並將其與用戶存儲的模板或「設置圖像」進行比較,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。

如果對比數值高於某個確定數值,iPhone X 會透過你的身份驗證並解鎖。

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