工程師：Face ID 對(duì)比虹膜識(shí)別更容易使用

　　毫無(wú)疑問(wèn)，提及目前世界上最先進(jìn)的高端手機(jī)之爭(zhēng)，無(wú)疑就是就是蘋果與三星了，這兩家公司的產(chǎn)品都有著自己的鮮明特點(diǎn)，也因此受到了自己粉絲們的支持與喜愛。而在最近蘋果發(fā)布的產(chǎn)品中，最受外界關(guān)注的，無(wú)疑就是十周年的旗艦機(jī) iPhone X，除了破天荒的使用了異形全面屏外，蘋果還十分有魄力的將 iPhone 最近幾年使用成熟的 Touch ID 替換成 Face ID，這樣的做法自然引起了不少人的爭(zhēng)議。

　　我們知道 Face ID 的面部識(shí)別并不是十分新穎的科技，三星在之前的產(chǎn)品也有配備過(guò)，只是效果一直不怎么理想，安全性能也未得到外界的贊同。為此三星選擇了一臺(tái)設(shè)備多種生物識(shí)別技術(shù)的方案，除了有面部識(shí)別之外，還配備了指紋與虹膜識(shí)別供用戶選擇。

　　在蘋果的 Face ID 推出之后，三星與蘋果的粉絲就一直在爭(zhēng)論，到底是蘋果全新研發(fā)的面部識(shí)別更安全，還是三星的虹膜識(shí)別方案更佳?最近國(guó)外一位喜歡研究各種電子設(shè)備的電氣工程師就對(duì)此發(fā)表了自己的看法，看下他分析的結(jié)果是怎么樣的。

　　使用臉部作為密碼只是讓人有點(diǎn)小興奮

　　在 9 月 2017 日的蘋果發(fā)布會(huì)上，iPhone X 被曝光?？梢钥闯?，蘋果在其“十周年紀(jì)念”旗艦上全力以赴，而其中一個(gè)新功能就是 Face ID。

　　用你的臉解鎖手機(jī)并不是什么新鮮事。Android 已經(jīng)使用有一段時(shí)間了，之后三星在 Galaxy Note 7 上使用了一個(gè)特殊的虹膜掃描儀。但蘋果的做法與以往不同，這是慣常的做法。蘋果沒有使用一種單一模式來(lái)創(chuàng)建解鎖令牌，而是使用了你的臉型。而且它還有一些非常專業(yè)的硬件可以協(xié)助它做到這一點(diǎn)。

　　我還沒有使用過(guò) iPhone X，但這是一個(gè)我有豐富經(jīng)驗(yàn)的領(lǐng)域。對(duì)空間圖形的調(diào)制獲取，然后將獲得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成某種軟件可以作為唯一標(biāo)識(shí)符的東西已經(jīng)存在一段時(shí)間了，現(xiàn)在你的房子里的產(chǎn)品不少都是用這個(gè)技術(shù)來(lái)制造、包裝或質(zhì)量檢查的。我參與了一些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和部署，這些系統(tǒng)使用深度圖像采集來(lái)對(duì)產(chǎn)品(蘋果、桃子、李子等)進(jìn)行分類，區(qū)分形狀和大小，并據(jù)此來(lái)理解人臉識(shí)別技術(shù)是如何工作的。

　　讓我們來(lái)比較一下。

　　安卓的面部識(shí)別

　　2012 年，“面部識(shí)別”首次亮相 Galaxy Nexus。

　　自 4.0 版以來(lái)，用臉解鎖手機(jī)一直是 Android 系統(tǒng)的一部分。這是我們比較的三件事中最不復(fù)雜和最不安全的。

　　使用前置攝像頭，你的 Android 手機(jī)可以抓取一張你的臉，然后谷歌的人臉識(shí)別軟件就會(huì)對(duì)它進(jìn)行處理，以建立一組基于圖像的數(shù)據(jù)。當(dāng)你拿著手機(jī)貼近你的臉去解鎖時(shí)，識(shí)別系統(tǒng)會(huì)收集、處理和比較存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。如果軟件能匹配這兩種軟件，就會(huì)將一個(gè)令牌傳遞給系統(tǒng)，這樣你的手機(jī)就會(huì)解鎖。

　　在那時(shí)候，安卓各大手機(jī)廠商開始跟風(fēng)推出“面部識(shí)別”，而三星在最新款手機(jī)上的表現(xiàn)則要好得多。

　　這些數(shù)據(jù)不會(huì)被發(fā)送到任何地方，而是通過(guò)手機(jī)本身收集和處理。它被安全地存儲(chǔ)并加密，沒有其他進(jìn)程能夠讀取原始數(shù)據(jù)。安卓手機(jī)的解鎖功能也不需要任何特殊的燈光、傳感器或攝像頭——它使用的是你用來(lái)自拍的前置攝像頭。

　　三星改進(jìn)了 Galaxy S8 和 Note 8 手機(jī)的體驗(yàn)，在屏幕被觸碰后就開始掃描，而且由于攝像頭和 CPU 的性能更好，處理速度更快、更準(zhǔn)確。Galaxy S8 的臉部解鎖速度很快，而且一旦用戶在使用手機(jī)進(jìn)行面部解鎖的時(shí)候握穩(wěn)手機(jī)，它的效果通常都會(huì)很好。

　　面部解鎖最大的問(wèn)題是它不安全。沒有一家安卓廠商會(huì)宣傳這項(xiàng)功能是非常安全的，即便是谷歌或三星。這是一個(gè)方便的功能，用來(lái)展示(并優(yōu)化)谷歌的面部識(shí)別算法，一張臉部的打印照片都可能會(huì)擊敗安卓陣營(yíng)的面部識(shí)別。

　　值得慶幸的是，三星還提供了另一種識(shí)別人臉的方式。

　　三星的虹膜掃描

　　三星首次將虹膜掃描技術(shù)引入是在 Galaxy Note 7。它是讓電腦掃描用戶的眼球來(lái)驗(yàn)證身份，這是我們?cè)陔娪敖?jīng)常中看到的東西，它被用于在真實(shí)的政府設(shè)施中保障安全出入。三星在其虹膜掃描系統(tǒng)中也采用了同樣的理念，只是縮小了范圍，這樣它就能更快地工作，并能利用智能手機(jī)有限的資源。這對(duì)你的手機(jī)來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠安全了，即使不是 100% 的萬(wàn)無(wú)一失。

　　每只眼睛都有不同的虹膜圖案結(jié)構(gòu)，即使是同一個(gè)人的右眼和左眼都有很大的不同。

　　虹膜圖案實(shí)際上比指紋更獨(dú)特和清晰。因?yàn)槊恳恢谎劬Χ际仟?dú)一無(wú)二的，所以三星可以用你的眼睛來(lái)識(shí)別你，并把它當(dāng)作你的身份憑證。這些憑證可以用于任何指紋，甚至密碼都可以。用戶只需要拿著手機(jī)對(duì)準(zhǔn)相關(guān)位置，這樣特殊的攝像頭就能看到你的眼睛，你的手機(jī)也能解鎖。

　　為了做到這一點(diǎn)，三星在手機(jī)上使用了專門的硬件。二極管發(fā)出近紅外光，照亮你的眼睛。這是一種人類無(wú)法看到的光的波長(zhǎng)，但它是相當(dāng)強(qiáng)烈和“明亮”的。使用近紅外光有兩個(gè)原因：你的瞳孔不會(huì)收縮，你的視覺也不會(huì)改變，而且它能比我們所看到的其他波長(zhǎng)更好地照亮任何有顏色圖案的物體。

　　如果你仔細(xì)觀察你的虹膜，你會(huì)發(fā)現(xiàn)有幾百種不同的顏色，不同的圖案。在近紅外線下，有成千上萬(wàn)種顏色，它們之間的對(duì)比非常好。這會(huì)更好地抓取你的虹膜圖像，因?yàn)榧词鼓銢]有看到任何這樣的圖像，你的手機(jī)也可以用它來(lái)建立一個(gè)數(shù)據(jù)集。

　　三星使用近紅外光和一個(gè)特殊攝像頭來(lái)收集和處理你眼睛的數(shù)據(jù)。

　　一旦虹膜被照亮，一架經(jīng)過(guò)特殊調(diào)諧的窄焦鏡頭就能捕捉到一張圖像。你的 Galaxy S8 上的普通前置攝像頭可以在紅外照明下注冊(cè)顏色信息，但是一般的相機(jī)，無(wú)法識(shí)別虹膜，這就是為什么需要第二個(gè)攝像頭的原因。

　　設(shè)備分析了這張圖片后，會(huì)在你的手機(jī)上建立了一組清晰的數(shù)據(jù)。所有的數(shù)據(jù)處理、分析和存儲(chǔ)都是在本地完成的，而且是經(jīng)過(guò)加密的，因此只有識(shí)別用戶本人的虹膜才有機(jī)會(huì)訪問(wèn)它。這些數(shù)據(jù)被用來(lái)創(chuàng)建一個(gè)令牌，如果虹膜掃描的過(guò)程提供了正確的標(biāo)記——安全檢查通過(guò)——就是檢測(cè)用戶注冊(cè)的的虹膜信息，接下來(lái)任何需要身份的軟件就都可以繼續(xù)進(jìn)行操作。

　　當(dāng)然，三星也會(huì)使用普通的前置攝像頭收集用戶的面部數(shù)據(jù)。最可能的是，面部數(shù)據(jù)被用來(lái)幫助構(gòu)建用戶的臉部位置，這樣虹膜掃描儀就有了清晰的視野。

　　你的眼睛需要在正確的位置設(shè)置和使用虹膜掃描儀。

　　這其中存在一些固有的缺陷。因?yàn)橛脩羰褂煤缒呙鑱?lái)解鎖手機(jī)往往希望非常快的速度，而不是等眼睛里收集的數(shù)據(jù)完全匹配無(wú)誤。三星必須在安全性和便利性之間找到正確的平衡點(diǎn)，因?yàn)闆]有人愿意為每一次掃描等待5到10秒，因此虹膜識(shí)別可能會(huì)被彩色高分辨率激光打印照片和普通隱形眼鏡模擬而誤導(dǎo)。但是老實(shí)說(shuō)，基本上沒有人會(huì)有一張你的眼睛的照片，清晰到足以解鎖你的 Galaxy S8 或 Note 8。如果他們能做到獲取照片，那這種情況下手機(jī)安全或許不會(huì)是你面對(duì)最大的問(wèn)題。

　　只要你的眼睛處于“最佳位置”，三星的虹膜掃描就能很好地工作。

　　更大的問(wèn)題是準(zhǔn)確性。你的虹膜需要經(jīng)過(guò)分析才能通過(guò)軟件檢查，因?yàn)橄鄼C(jī)捕捉到的圖像是非常有限的，所以你的眼睛需要有一個(gè)“最佳平衡點(diǎn)”。你需要在那個(gè)點(diǎn)度過(guò)足夠長(zhǎng)的時(shí)間來(lái)通過(guò)驗(yàn)證。如果沒有收集到足夠的數(shù)據(jù)來(lái)阻止別人隨意破解進(jìn)入你的手機(jī)，這個(gè)系統(tǒng)就沒有用處了，所以這就是它的工作原理。

　　這是一個(gè)很好的系統(tǒng)，就生物識(shí)別安全而言。而對(duì)很多使用者來(lái)說(shuō)，這會(huì)有效的增加他們的設(shè)備安全。只有你的眼睛數(shù)據(jù)才能讓其工作，而且速度相當(dāng)快。你只需要學(xué)會(huì)正確地使用它——是的，通常這項(xiàng)功能不起作用，是由于很多時(shí)候你的眼睛睜得太大不自然導(dǎo)致的。

　　蘋果的人臉識(shí)別系統(tǒng)

　　蘋果在手機(jī)上的生物識(shí)別安全問(wèn)題研究上已經(jīng)進(jìn)入了新的領(lǐng)域。從發(fā)布會(huì)上蘋果對(duì)其的說(shuō)明就可以看到，要實(shí)現(xiàn) Face ID 需要專門的環(huán)境及臉部感應(yīng)器以及各種投影掃描模塊、并配備特殊的深度感應(yīng)鏡頭，以及一個(gè)非常昂貴的圖像處理計(jì)算芯片，以便收集足夠的臉部形狀數(shù)據(jù)，獲得每個(gè)用戶獨(dú)特的臉部識(shí)別?，F(xiàn)在，蘋果的新一代 A11 芯片和搭配的神經(jīng)引擎來(lái)處理這些數(shù)據(jù)。

　　面部識(shí)別系統(tǒng)會(huì)投射出強(qiáng)烈的紅外線來(lái)照亮你的臉。就像三星的虹膜掃描儀所使用的光一樣，它是一個(gè)人眼無(wú)法看到的波長(zhǎng)，但它非常“亮”。這就像一盞大燈——在一個(gè)寬闊的區(qū)域，會(huì)有等量的光照射到你的臉上，并且會(huì)在你的頭部邊緣迅速消失。

　　蘋果正在嘗試一種與傳統(tǒng)人臉識(shí)別完全不同的東西，以及它是如何收集臉部信息的。

　　當(dāng)用戶的臉被照亮的時(shí)候，一個(gè)由紅外 LED 激光器組成的矩陣會(huì)投射到你的臉上。這些 LED 燈使用的是紅外線的波長(zhǎng)，與用于照明的光線形成對(duì)比。成千上萬(wàn)的光點(diǎn)會(huì)覆蓋你的臉。當(dāng)你移動(dòng)的時(shí)候(我們永遠(yuǎn)不能完全靜止)，光點(diǎn)就會(huì)反映出這些變化。

　　當(dāng)你的臉被紅外線燈照亮，并投射出一個(gè)光矩陣，深度感應(yīng)相機(jī)就會(huì)自動(dòng)收集相關(guān)圖像數(shù)據(jù)。每一處的光點(diǎn)都被標(biāo)記出來(lái)，當(dāng)你移動(dòng)的時(shí)候，這些變化也會(huì)被系統(tǒng)記錄下來(lái)。這就是所謂的深度圖像采集，利用調(diào)制的模式投影。這是一種收集數(shù)據(jù)的好方法，可以在任何類型的光照條件下，甚至在物體運(yùn)動(dòng)時(shí)顯示形狀變化、識(shí)別邊緣檢測(cè)和深度。通過(guò)收集大量的數(shù)據(jù)，就可以獲得用于 3D 面部重建的各種形狀。

　　然后，數(shù)據(jù)被傳遞到蘋果的 A11 仿生神經(jīng)引擎上。它是一個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)，有自己的處理器，可以實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)，甚至可在收集數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行同步分析。這些數(shù)據(jù)被用來(lái)重塑用戶的臉，就像動(dòng)態(tài)模擬表情 Animoji 演示的那樣，使用面部識(shí)別傳感器來(lái)檢測(cè)用戶面部表情變化，同時(shí)用麥克風(fēng)記錄您的聲音，并最終生成可愛的 3D 動(dòng)畫表情符號(hào)。當(dāng)你的臉移動(dòng)時(shí)，動(dòng)畫表情也會(huì)跟著移動(dòng)。這是一款近乎完美的模仿產(chǎn)品，蘋果也據(jù)此在 iOS 11 中推出了新的 iMessage 動(dòng)畫表情符號(hào)，表現(xiàn)出色。

　　Face ID 使用的技術(shù)與 Android 手機(jī)上的 Tango 技術(shù)類似。

　　為了進(jìn)行身份驗(yàn)證，數(shù)據(jù)集還用于計(jì)算一個(gè)惟一標(biāo)識(shí)符。就像三星的虹膜掃描儀一樣，F(xiàn)ace ID 安全地存儲(chǔ)了這些數(shù)據(jù)，并可以將其與特殊攝像頭所收集的相比較，如果數(shù)據(jù)集與攝像頭看到的內(nèi)容相匹配，那么設(shè)備就會(huì)通過(guò)安全檢查，而驗(yàn)證“你真的是你”的標(biāo)記會(huì)被發(fā)送給任何需要它的進(jìn)程。

　　盡管蘋果也做出了一些讓步，以確保 Face ID 的快速和便捷，但從用戶的角度來(lái)看，它也有一些明顯的優(yōu)勢(shì)。Face ID 實(shí)際上更安全，它可以收集移動(dòng)數(shù)據(jù)(意味更多的數(shù)據(jù)被分析)。因?yàn)槭桥c整個(gè)臉部進(jìn)行匹配，所以相機(jī)可以使用更廣闊的視野，沒有“最佳平衡點(diǎn)”的要求。投射在你臉上的矩陣只會(huì)集中采集人臉部區(qū)域的數(shù)據(jù)，TrueDepth 深度感應(yīng)相機(jī)和后臺(tái)系統(tǒng)會(huì)驗(yàn)證是否正確。

　　Face ID 比虹膜掃描更有價(jià)值的一點(diǎn)在于，你的面部表情數(shù)據(jù)可以用于其他用途。使用蘋果的 TrueDepth 深感攝像機(jī)系統(tǒng)。我們可以看到蘋果已經(jīng)開發(fā)出不少有趣的東西，包括自拍的新肖像模式、動(dòng)畫表情符號(hào)和 Snapchat 面罩。蘋果已經(jīng)建立了仿生神經(jīng)引擎，它可以與第三方軟件共享簡(jiǎn)單的形狀數(shù)據(jù)，同時(shí)又不暴露用于構(gòu)建安全標(biāo)識(shí)令牌的數(shù)據(jù)。

　　哪一個(gè)功能更好?

　　在我們嘗試之前，我們不能輕易就下達(dá)結(jié)論。

　　更好的說(shuō)法是主觀的，尤其是在現(xiàn)實(shí)世界中，我們還沒有使用過(guò) Face ID 或 iPhone X。在身份驗(yàn)證方面，用戶看重的是這個(gè)過(guò)程要準(zhǔn)確和迅速。三星的虹膜掃描儀在用戶點(diǎn)亮手機(jī)的時(shí)候，對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)的位置就可以解鎖設(shè)備。但從文字說(shuō)明介紹中，F(xiàn)ace ID 似乎更容易使用，因?yàn)樗恍枰i定任何特定的位置才能工作。但對(duì)于大多人數(shù)來(lái)說(shuō)，或許這兩種情況都不太好，人們更希望使用指紋傳感器，而 Galaxy S8 和 Note 8 都有指紋傳感器。

　　無(wú)論你喜歡哪個(gè)，毫無(wú)疑問(wèn)，蘋果在這面部識(shí)別方面已經(jīng)超越了別的競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手。搭配的一系列硬件協(xié)同工作可以建立和收集面部形狀和特征的數(shù)據(jù)，再結(jié)合自己的處理系統(tǒng)來(lái)分析處理它，而且構(gòu)建的是 3D 成像的面部識(shí)別。我很高興看到這一水平的技術(shù)出現(xiàn)在移動(dòng)設(shè)備上，并且迫不及待地想看看這款具有未來(lái)意味的產(chǎn)品 iPhone X 在實(shí)際情況當(dāng)中表現(xiàn)得如何。