3D臉部識(shí)別？真正競(jìng)爭(zhēng)的是3D空間數(shù)據(jù)

劉浩南

如果說(shuō)用昂貴的3D攝像頭解鎖手機(jī)是“殺雞用牛刀”，3D空間數(shù)據(jù)就是那頭人人都想要的“?！保趺传@得它，才是接下來(lái)的關(guān)鍵。

要論2017年手機(jī)行業(yè)的關(guān)鍵詞熱度，能跟“全面屏”一較高下的只有“臉部識(shí)別”。

當(dāng)庫(kù)克在新落成的喬布斯劇院內(nèi)發(fā)布2017年蘋果新品iPhone X時(shí)，這款全面屏手機(jī)引發(fā)了全場(chǎng)分貝最大的歡呼聲，也激發(fā)起各界對(duì)其抽絲剝繭式的技術(shù)解析。

作為這款機(jī)型的最大特色——蘋果自研的手機(jī)生物辨識(shí)技術(shù)Face ID，引起3D識(shí)別技術(shù)相關(guān)產(chǎn)業(yè)的連鎖震動(dòng)。蘋果分析師、凱基證券分析員郭明錤稱，自iPhone X發(fā)布后，接到的安卓手機(jī)廠商關(guān)于3D識(shí)別技術(shù)的咨詢至少翻了三倍。

“蘋果產(chǎn)品有一些標(biāo)桿作用，iPhone X一出來(lái)，產(chǎn)品相關(guān)技術(shù)的各個(gè)環(huán)節(jié)都被認(rèn)知得更廣更深?！?D攝像硬件商奧比中光科技公司董事會(huì)秘書(shū)陳彬?qū)Α敦?cái)經(jīng)》記者說(shuō)。

所謂標(biāo)桿露出水面、被視為焦點(diǎn)之前，必經(jīng)過(guò)技術(shù)的默默積累，3D識(shí)別產(chǎn)業(yè)的雛形競(jìng)爭(zhēng)早在行業(yè)內(nèi)打響，臉部識(shí)別繼指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別后，逐漸走入手機(jī)生物識(shí)別方案市場(chǎng)的舞臺(tái)中心。

老原理+新應(yīng)用

僅四年，Touch ID指紋識(shí)別解鎖技術(shù)居然要過(guò)時(shí)了，iPhone X用戶可借由3D臉部識(shí)別技術(shù)，完成手機(jī)解鎖、iTunes賬號(hào)登錄和App Store購(gòu)物支付授權(quán)等，實(shí)現(xiàn)全程非接觸式識(shí)別操作。

Face ID臉部識(shí)別解鎖技術(shù)的核心在3D圖像數(shù)據(jù)。

iPhone X屏幕上方有一塊匯聚多樣元件的“劉海”，這塊“劉海”中，包括紅外鏡頭、泛光感應(yīng)元件、距離感應(yīng)器、環(huán)境光傳感器、點(diǎn)陣投射器等，皆服務(wù)于3D臉部識(shí)別。

“從公布的元件看，可以確認(rèn)蘋果采用了3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)方案。這套方案的原理本身并不新鮮，但蘋果運(yùn)用原理的技術(shù)很新鮮。”曠視科技首席科學(xué)家孫劍對(duì)《財(cái)經(jīng)》記者分析。

其實(shí)，3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)是套“老”技術(shù)，即基于三角測(cè)量原理，分三步完成三維空間數(shù)據(jù)采集及使用的技術(shù)，先用投射器將紅外光投射到物體表面，然后用相機(jī)捕捉到基本的結(jié)構(gòu)信息，最后經(jīng)解析計(jì)算，實(shí)現(xiàn)物體的三維重建。這套技術(shù)原理此前被廣泛用于工業(yè)3D視覺(jué)、生物工程領(lǐng)域。

蘋果的新意是將其集成到手機(jī)上形成一套“新”應(yīng)用方案。如先向用戶臉部投射3萬(wàn)個(gè)肉眼不可見(jiàn)的投射點(diǎn)，紅外攝像頭接收反饋信息后，形成一個(gè)用戶臉部的精細(xì)專屬3D建模。在解鎖環(huán)節(jié)，系統(tǒng)再次“投射—接收”屏幕前物體的3D圖像，并將每一次收集到的3D信息與此前儲(chǔ)存的用戶3D臉部建模比對(duì)，根據(jù)重合度來(lái)自動(dòng)解鎖。

簡(jiǎn)而言之，“就是先幫你的臉畫一張3D畫，再主動(dòng)比對(duì)物體與這幅畫區(qū)別，重合度足夠高就自動(dòng)解鎖了”。一位手機(jī)設(shè)計(jì)行業(yè)的從業(yè)者向《財(cái)經(jīng)》記者分析，目前獲取3D圖像數(shù)據(jù)方面應(yīng)用較為成熟的有結(jié)構(gòu)光和TOF兩種方案，蘋果可能結(jié)合應(yīng)用了這兩種方案。

這套識(shí)別方案的安全性和場(chǎng)景適應(yīng)性值得一提。如想用一張2D照片蒙混解鎖，根本行不通，因?yàn)橛涗浽谑謾C(jī)里的是3D圖像，2D圖片無(wú)法通過(guò)識(shí)別。基本不改變臉部3D結(jié)構(gòu)變化的諸如留胡子、戴帽子以及環(huán)境的光暗，對(duì)識(shí)別也無(wú)影響，即使解鎖時(shí)用戶沒(méi)有正臉對(duì)著攝像頭，也可完成識(shí)別。

“臉部識(shí)別”能成為手機(jī)行業(yè)關(guān)鍵詞，當(dāng)然不僅因?yàn)橐豢頸Phone X。

同樣在9月發(fā)布的數(shù)款安卓新機(jī)中，小米Note 3、vivoX20、金立M7都不約而同地搭載了基于2D攝像頭的臉部識(shí)別技術(shù)，加上稍早前發(fā)布的vivoX7，消費(fèi)者要體驗(yàn)手機(jī)人臉識(shí)別有多個(gè)選擇。

“可以確定的是，2018年會(huì)陸續(xù)有更多的支持2D人臉識(shí)別的手機(jī)上市，3D臉部識(shí)別的門檻也在逐漸下降中。” 曠視科技副總裁謝憶楠說(shuō)。

據(jù)研究機(jī)構(gòu)Zion Research發(fā)布的數(shù)據(jù)，3D攝像頭市場(chǎng)規(guī)模將從2015年的12.5億美元增長(zhǎng)到2021年的78.9億美元，年均增長(zhǎng)率達(dá)35%。

在iPhone X帶動(dòng)下，部分國(guó)產(chǎn)手機(jī)廠商已不滿足于2D臉部識(shí)別技術(shù)?！按航喯戎?，最先感受到手機(jī)臉部識(shí)別技術(shù)需求增加信號(hào)的，自然是相關(guān)的硬件商們。

目前有3D攝像元件研發(fā)生產(chǎn)的企業(yè)接到多家國(guó)內(nèi)手機(jī)廠商類似的合作意向——將3D攝像頭集成到手機(jī)上，并完成3D臉部識(shí)別技術(shù)適配。“預(yù)計(jì)2018年后半年大家就能看到國(guó)產(chǎn)手機(jī)用上3D攝像頭，3D臉部識(shí)別的風(fēng)也有望由此刮起?！标惐蛘f(shuō)。

手機(jī)上普及3D攝像頭是否必要

在每一輪慘烈的手機(jī)市場(chǎng)銷售比拼中，廠商都需要一個(gè)新的刺激點(diǎn)來(lái)說(shuō)服消費(fèi)者換機(jī)，3D人臉識(shí)別有潛質(zhì)成為下一個(gè)說(shuō)服點(diǎn)。然而，要讓手機(jī)規(guī)模化地都配上3D攝像頭，應(yīng)用價(jià)值才是這一技術(shù)市場(chǎng)存續(xù)的關(guān)鍵。

首先牽涉的是2D臉部識(shí)別是否滿足應(yīng)用要求。目前國(guó)內(nèi)手機(jī)2D人臉識(shí)別方案中，攝像頭方面仍主要依靠傳統(tǒng)的RGB攝像頭，方式是收集攝像頭前物體的2D信息，與錄入的2D圖片進(jìn)行比對(duì)。2D臉部識(shí)別方案的普及得益于軟件優(yōu)化調(diào)試，這也是其移植到手機(jī)上的底氣。

臉部識(shí)別技術(shù)此前更多被應(yīng)用于智能安防、線下商店體驗(yàn)、3D體感游戲等場(chǎng)景中，而在移植到手機(jī)上之后，使用頻次和操作復(fù)雜度增加，安全性和環(huán)境適應(yīng)性的要求凸顯。

《財(cái)經(jīng)》記者在采訪多家2D臉部識(shí)別方案商時(shí)發(fā)現(xiàn)，“活體檢測(cè)”是被提及最多的軟件優(yōu)化特點(diǎn)，即通過(guò)軟件識(shí)別出屏幕前的人臉是不是“活”的，用于避免用照片解鎖的可能性，以此突出識(shí)別的安全性。

“（2D臉部識(shí)別）主要提升在于降低誤識(shí)率，避免錯(cuò)誤解鎖，且?guī)в谢铙w檢測(cè)功能，能夠防范相片、視頻等非人像的攻擊。”商湯科技CEO徐立對(duì)《財(cái)經(jīng)》記者說(shuō)，如將人臉特征信息保存于可信執(zhí)行環(huán)境中，在此區(qū)域中進(jìn)行特征比對(duì)，以保護(hù)人臉特征不易被盜取，確保人臉解鎖過(guò)程的穩(wěn)定性與安全性。

其實(shí)，如果只針對(duì)解鎖這一操作，3D臉部識(shí)別的優(yōu)勢(shì)并不明顯。隨著圖形處理器和傳感器技術(shù)的完善，加上算法層的優(yōu)化，人臉各種角度、暗光、強(qiáng)光、逆光等對(duì)解鎖操作影響甚微，只有戴帽子這類大面積的臉部改變能輕微減慢2D臉部識(shí)別的解鎖速度。

謝憶楠也認(rèn)為2D臉部識(shí)別方興未艾，擁有“活體檢測(cè)”和更強(qiáng)的環(huán)境適應(yīng)性之后，已經(jīng)能滿足手機(jī)用戶對(duì)解鎖這一操作的需求?！皟蓚€(gè)都是很新的東西，誰(shuí)跑得快、跑得遠(yuǎn)還得觀望，現(xiàn)階段看（2D臉部識(shí)別）短期內(nèi)并不會(huì)被3D臉部識(shí)別取代?！?/p>

“無(wú)論2D還是3D，臉部識(shí)別方案在手機(jī)上的加速普及，元件小型化是關(guān)鍵，其次就是相應(yīng)元件的功耗降低和識(shí)別精度增加?！睂O劍認(rèn)為，兩套方案涉及的各種要素都正在博弈中。

成本，是兩套方案競(jìng)?cè)∈袌?chǎng)芳心的又一關(guān)鍵要素。盡管還沒(méi)有進(jìn)入大范圍應(yīng)用階段，手機(jī)3D臉部識(shí)別方案的具體成本難以預(yù)計(jì)，但謝憶楠透露，目前2D攝像頭和3D攝像頭成本差異頗大。

市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)IHS Markit的報(bào)告預(yù)計(jì)，iPhone 8 plus攝像模塊元件成本為32.5美元，由于Face ID的加入，iPhone X的攝像模塊元件成本會(huì)比iPhone 8 plus再高一截。

不過(guò)，陳彬?qū)Υ瞬⒉粨?dān)心，他分析，“目前手機(jī)廠商們對(duì)3D攝像頭的需求清晰，新一輪技術(shù)完善，加上市場(chǎng)認(rèn)可度提高后，相應(yīng)的規(guī)模效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生，產(chǎn)能和成本問(wèn)題不是當(dāng)下最重要的問(wèn)題?！?h3>解鎖只是表象，蘋果志在3D數(shù)據(jù)構(gòu)筑

在解鎖這件事上，雙方可能還有僵持的時(shí)間差，但從應(yīng)用空間的廣闊度看，隨著3D攝像頭的技術(shù)門檻逐漸下降，其展現(xiàn)出的潛力非2D攝像頭可比。

從目前國(guó)內(nèi)手機(jī)廠商拿出的臉部識(shí)別方案看，都只是軟件層面的識(shí)別方案，與Face ID這樣使用專用硬件和處理器的方案相比，安全性、速度、精度等都有所欠缺，只適合用于解鎖手機(jī)等比較簡(jiǎn)單的功能。

“給手機(jī)配3D攝像頭，就用來(lái)解鎖手機(jī)，這是‘殺雞用牛刀。蘋果在Face ID身上投注了大量心血，預(yù)期的回報(bào)肯定不止如此，借此敲開(kāi)3D數(shù)據(jù)大門才是蘋果野心所在?！币晃皇謾C(jī)供應(yīng)鏈人士對(duì)《財(cái)經(jīng)》記者分析。

今年6月的蘋果開(kāi)發(fā)者大會(huì)上，蘋果發(fā)布了名為ARKit的增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)軟件開(kāi)發(fā)工具，旨在為開(kāi)發(fā)者提供利用iOS設(shè)備開(kāi)發(fā)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)應(yīng)用的幫助。在9月13日的發(fā)布會(huì)上，全球營(yíng)銷高級(jí)副總裁Phil Schiller演示了四款基于ARKit打造的內(nèi)容，比如其中一款針對(duì)美國(guó)職棒大聯(lián)盟推出的“At Bat”應(yīng)用，用戶能看到在比賽現(xiàn)場(chǎng)疊加的選手?jǐn)?shù)據(jù)和比賽情況的AR信息，以此提升現(xiàn)場(chǎng)觀賽體驗(yàn)。

Phil Schiller認(rèn)為，未來(lái)智能手機(jī)圖像處理三個(gè)基礎(chǔ)功能分別為拍照、錄像和增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)。而蘋果要實(shí)現(xiàn)增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)生態(tài)的構(gòu)建，一套能完美運(yùn)行3D識(shí)別的硬件、一個(gè)完整的3D識(shí)別方案以及海量的三維數(shù)據(jù)都是必需品。在這個(gè)意義上，F(xiàn)ace ID就是蘋果進(jìn)入設(shè)想中那個(gè)3D世界的一把鑰匙。

在全球范圍內(nèi)，能做到深度應(yīng)用的3D識(shí)別硬件只有PrimeSense、英特爾RealSense以及微軟Kinect（初代Kinect技術(shù)來(lái)自PrimeSense授權(quán)）等幾家。雖然都有“兼職”3D圖像識(shí)別的軟件研發(fā)，但這些以硬件研發(fā)為主業(yè)的廠商，扮演的都是供應(yīng)鏈中的一環(huán)。

蘋果在2013年將PrimeSense收入囊中，手握這張王牌，有了開(kāi)發(fā)一套完美適配硬件的3D識(shí)別軟件方案的空間，并在此基礎(chǔ)上組織Face ID的商業(yè)邏輯。

在三維數(shù)據(jù)積累方面，蘋果也有蹤跡種種。凱基證券分析師郭明錤預(yù)計(jì)，在新一代iPad Pro升級(jí)版中，將會(huì)有Faceb ID的硬件基礎(chǔ)TrueDepth相機(jī)系統(tǒng)。10月10日，蘋果公司資訊網(wǎng)站MacRumors稱，新一代iPad Pro系列產(chǎn)品或?qū)⒅С諪ace ID。如果Face ID能搭載到更多的蘋果設(shè)備上，針對(duì)人臉建模的龐大數(shù)據(jù)量自然也是蘋果的囊中之物。

有了Face ID硬件基礎(chǔ)，有了可以完美適配3D識(shí)別方案，再有大量的3D建模數(shù)據(jù)量，這個(gè)嶄新的、利用程度極高的3D空間世界對(duì)蘋果意味著什么？

目前大部分的計(jì)算機(jī)視覺(jué)深度學(xué)習(xí)都在使用2D圖像，然而對(duì)于自動(dòng)駕駛汽車、無(wú)人機(jī)、AR、MR等技術(shù)來(lái)說(shuō)，高精度的3D空間數(shù)據(jù)就是基礎(chǔ)和珍貴資源。這一點(diǎn)谷歌的3D感應(yīng)研發(fā)計(jì)劃Project Tango走得比蘋果更早一些，也給蘋果施加了不少壓力。只是與Project Tango以空間感知的切入點(diǎn)不同，蘋果對(duì)3D空間數(shù)據(jù)的切入點(diǎn)放在更“接地氣”的臉部識(shí)別上。

從市場(chǎng)反應(yīng)看，蘋果通過(guò)Face ID開(kāi)啟了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，也顯露了3D數(shù)據(jù)商業(yè)化使用大潮的頭兩個(gè)波浪。而臉部識(shí)別解鎖手機(jī)，不過(guò)是最先受惠的一個(gè)功能。如果說(shuō)用昂貴的3D攝像頭解鎖手機(jī)是“殺雞用牛刀”，3D空間數(shù)據(jù)就是那頭人人都想要的“?！保趺传@得它，才是接下來(lái)的關(guān)鍵。

“（手機(jī)臉部識(shí)別）集成化程度更高，促進(jìn)了元器件的小型化，讓技術(shù)可以更好地應(yīng)用到終端設(shè)備上。人臉識(shí)別我們認(rèn)為一定會(huì)在手機(jī)上有很大的應(yīng)用前景，隨著供應(yīng)鏈的成熟，3D人臉識(shí)別這種需要軟硬件結(jié)合的方案，也會(huì)逐漸應(yīng)用到更多的手機(jī)當(dāng)中。”徐立認(rèn)為。

三維空間中的數(shù)據(jù)構(gòu)建是這條繩子的重要線頭，蘋果正在嘗試抓住它。庫(kù)克將iPhone X稱為蘋果的“one more thing”（新驚喜），而3D識(shí)別技術(shù)產(chǎn)業(yè)的“many things”正在頻繁胎動(dòng)。