消失的指纹 催熟的人脸解锁 苹果谷歌三星到底哪家强

[导读] 此次苹果发布会更加印证了如今是个看“脸”的时代,将你的脸部作为密码令人兴奋不已。毫无疑问,苹果在这方面已经超越了竞争对手。大量使用的硬件可以建立和收集面部形状和特征的数据,再结合自己的处理系统来进行分析,就像我们在手机上看到的所有面部识别一样,未来的产品是如何基于我们所看到的苹果公司产品那样不断发展的。

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此次苹果发布会更加印证了如今是个看“脸”的时代,将你的脸部作为密码令人兴奋不已。今年的苹果发布会上,iPhone X正式推出。看起来,苹果公司十分注重“周年纪念版”iPhone的推出,而这次推出的一个新功能就是Face ID。

但是,用脸解锁手机并不是什么新鲜事。安卓运用该技术已经有一段时间了,三星在Galaxy Note 7上使用了一个特殊的虹膜扫描仪。但苹果的做法与以往的方式不同。苹果没有使用一种模式来创建解锁口令,而是通过你的脸型来解锁,而且它通过利用一些非常专业的硬件来做到这一点。

我还没有使用过iPhone X,但在这一领域,我有着丰富的经验。对空间扭曲图的调制获取,然后将获得的数据转换成某种软件可以作为唯一标识符的技术已经存在有一段时间了,现在你的房子里的产品都是用它来制造、包装或进行质量检查。我参与了一些系统的设计和部署,这些系统使用深度图像采集来对物品(苹果、桃子、李子等)进行分类,分类的类别包括等级、形状和大小,并理解人脸识别技术是如何工作的。


安卓的面部识别

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“脸部解锁”首次亮相在Galaxy Nexus

据悉,自4.0版以来,用脸部解锁手机成为了安卓系统的一部分。使用前置摄像头,你的安卓手机可以抓取一张你脸部的图片,然后谷歌的人脸识别软件就会对它进行处理,来建立一组基于图像的数据。当你拿着手机用你的脸部去解锁时,所存储的数据就会进行加工和比对。如果在此款软件中两张人脸能成功匹配,就会将一个口令传递给系统,这样你的手机就会解锁。

2012年,用脸部解锁的功能出现在安卓平台上,而三星在最新款手机上对此技术的应用则要好得多。

这些数据不会被发送到任何地方,而是通过手机本身进行收集和处理。它被安全地存储并进行了加密,没有其他的方法能够读取到原始数据。安卓手机的脸部解锁功能也不需要任何特殊的灯光、传感器或摄像头——它使用的是你用来自拍的前置摄像头。

三星改进了Galaxy S8和Note 8手机的功能体验,在触碰屏幕后就开始扫描,而且由于摄像头和CPU的性能更好,处理速度就可以更快、更准确。Galaxy S8的脸部解锁速度很快,而且一旦你在使用手机的时候找到了拿手机最好的姿势,它的效果通常会很好。

面部解锁最大的问题是它不安全。即使是谷歌或三星,都没有被宣传为是安全的。这是一个很方便的功能,用来展示(并优化)谷歌的面部识别算法,但是一张印有你脸部的打印照片将会击败面部解锁。

值得庆幸的是,三星还提供了另一种识别人脸的方式。

三星的虹膜扫描

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三星首次将虹膜扫描技术引入Galaxy Note 7。让电脑扫描你的眼球来验证你的身份,这是我们在电影中看到的东西,它是进入政府机构所进行的身份验证。三星在其虹膜扫描系统中也采用了同样的理念,只是缩小了范围,这样它就能更快地工作,并能利用智能手机有限的资源。这对你的手机来说已经足够安全了,即使不是100%的安全。

每只眼睛都不同,你的右眼和你的左眼就有很大的不同。每只眼睛都有一种独特的图案,你的左右眼甚至有着不同的图案。虹膜图案实际上比指纹更独特。因为每一只眼睛都是独一无二的,所以三星可以用你的眼睛来识别你的身份,并把它当作你身份的凭证。这种凭证可以用于任何事,当作指纹甚至密码都可以。你拿着手机,这样特殊的摄像头就能看到你的眼睛,你的手机也能解锁。

为了做到这一点,三星在手机的表面使用了专门的硬件。二极管发出近红外光来扫描你的眼睛。这是一种人类无法看到的波长,但它是相当强烈和“明亮”的。使用近红外光有两个原因:你的瞳孔不会收缩,所以你的视力也不会有变化,而且它能比我们所看到的波长更好地扫描任何有颜色图案的物体。如果你仔细观察你的虹膜,你会发现有几百种不同的颜色和不同的图案。在近红外线下,有成千上万种颜色,而且它们之间的对比度很高。这只会更好地抓取你的虹膜图像,因为即使你没有看到任何这样的图像,你的手机也可以用它来建立一个数据集。

三星使用近红外光和一个特殊摄像头来收集和处理有关你眼睛的数据。

一旦虹膜被照亮,一架经过特殊调整的窄焦镜头就能捕捉到一张图像。你的Galaxy S8上的普通前置摄像头可以在红外照明下注册颜色信息,但它并不是设计出来的。这就是为什么需要第二台相机的原因。

通过分析这张图片,然后在你的手机上建立并安全存储了一组清晰的数据。所有的数据处理、分析和存储都是在本地完成的,而且是经过加密的,所以只有通过识别你的虹膜才有机会访问它。这些数据被用来创建一个口令,如果虹膜扫描的过程提供了正确的标记,即安全检查通过,那就是你的眼睛,所以任何需要你身份凭证的软件都可以继续运行。

当然,三星也会使用普通的前置摄像头收集用户的面部数据。最有可能的是,面部数据被用来帮助定位脸部的位置,这样虹膜扫描仪就有了清晰的视野。你的眼睛需要在正确的位置设置和使用虹膜扫描仪。

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但这其中存在一些固有的缺陷。因为使用虹膜扫描来解锁手机需要非常快的速度,但在你眼睛里所收集的图案要多得多。三星必须在安全性和便利性之间找到正确的平衡点,因为没有人愿意为每一次扫描等待5到10秒,因此虹膜扫描算法可以用彩色的高分辨率照片激光和普通的隐形眼镜来模拟眼睛的弯曲程度。但是,老实说,没有人会有一张你的眼睛的照片,清晰地解锁你的Galaxy S8或Note 8。如果他们这样做了,那就会有一个更大的问题。只要你的眼睛处于“最佳理想点”,三星的虹膜扫描就能很好地工作。

更大的问题就是准确性问题。你的虹膜需要经过分析才能通过软件检查,因为相机捕捉到的图像是非常有限的,所以你的眼睛需要有一个“最佳理想点”。你需要在那个最佳理想点经过足够长的时间来通过检查。如果没有收集到足够的数据来阻止别人的眼睛识别你,这个系统就没有用处了,所以这就是它的工作原理。

就生物识别安全而言,这是一个很好的系统,对很多人来说,这是一件好事。只有你的眼睛才能解锁(忽略掉一些间谍机构有你眼球的照片),而且速度相当快。你只需要学会正确地使用它——是的,这通常是由于很多时候你的眼睛瞪得大大的,很不自然。

苹果的人脸识别系统Face ID

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苹果在手机上的生物识别安全问题上已经进入了新的领域。就在不久前,你还需要专门的照明设备、配备特殊镜头的多台相机,以及一个非常昂贵的图像处理计算机板,以便收集足够的形状数据,来通过识别系统。现在,iPhone X的一些零部件,即苹果的新一代A11芯片和一个单独的系统就可以处理这些数据。

面部识别系统会投射出强烈的红外线来照亮你的脸部。就像三星的虹膜扫描仪所使用的光一样,它是一种人眼无法看到的波长,但它非常“明亮”。这就像一盏大灯——在一个宽阔的区域,会有等量的光照射到你的脸上,并且会在你的头部边缘迅速离开。

苹果正在尝试一种与人脸识别完全不同的东西,以及它是如何收集脸部信息的。当你的脸被照亮的时候,一个由红外LED激光器组成的模型会投射到你的脸上。这些led灯使用的是光的波长,与用于照明的光线形成对比,然后就会有成千上万种光线照射到你的脸部。当你移动的时候(我们永远不能完全静止),光的点就会反映出这些变化。

当你的脸被红外灯照亮,一个光矩阵投射在它上面时,一个特殊的相机正在收集图像数据。当你移动的时候,每一个光的点都会被标记出来,这些变化随之也会被记录下来。这就是所谓的深度图像采集,这利用了调制的模式投影。这是一种收集数据的好方法,可以在任何类型的光照条件下,在物体运动时检测出形状、边缘提取和深度。这样可以收集大量的数据,并使用它们来显示可以通过3D技术进行重建的独特形状。

然后,数据被传递到苹果所谓的A11仿生神经引擎上。它是一个独立的子系统,它有自己的处理器(s),可以在收集数据时进行实时分析。这些数据被用来重塑你的脸部,成为一个数字3D面具。当你的脸移动时,面具也会移动。这是一款近乎完美的模仿产品,苹果在iOS 11中推出了新的iMessage动画表情符号,表现十分出色。

Face ID使用的技术与安卓手机上的Tango技术类似。

出于认证目的,数据集还用于计算唯一标识符。就像三星的虹膜扫描仪一样,Face ID安全地存储了这些数据,并可以将其与特殊摄像头所记录的信息进行比较,而Face ID正在高速运行。如果数据集与摄像头能看到的内容相匹配,那么就会通过安全检查,而“你是本人”的验证信息会被发送给任何需要它的功能之中。

尽管苹果也做出了一些让步,以确保Face ID的快速和便捷,但从用户的角度来看,它也有一些明显的优势。人脸识别实际上更安全,因为你在移动(更多的数据正在被分析),而且你的脸部没有所能使用的“最佳理想点”,相机由此可以使用更广阔的视野。投射在你脸上的矩阵与背景中的任何东西形成了鲜明的对比,因为一种深度感被用来隔离你脸部的形状。

作为奖励,你的面部表情数据可以用于其他用途,使用苹果所谓的TrueDepth摄像系统。我们看到了这样的一些例子:自拍的新肖像模式、动画表情符号和Snapchat面具。苹果已经开发出了这种仿生神经引擎,它可以与第三方软件共享简单的形状数据,同时又不暴露用于构建安全标识口令的数据。

苹果Face ID、谷歌Tango和三星虹膜扫描,哪个更好?

在我们尝试之前,我们不能说三个都很好。更好的说法是主观的,尤其是在现实世界中,我们还没有使用Face ID或iPhone X。出于认证目的,重要的是这个过程是准确和快速的。

三星的虹膜扫描仪可以在你点击手机的时候,它就能找到它需要的数据,但理论上来说,Face ID更容易使用,因为它不需要锁定任何特定的位置就能工作。对于我们中的许多人来说,这两种情况都不太好,我们更希望使用指纹传感器,而Galaxy S8和Note 8都有指纹传感器。

无论你喜欢哪个,毫无疑问,苹果在这方面已经超越了竞争对手。大量使用的硬件可以建立和收集面部形状和特征的数据,再结合自己的处理系统来进行分析,就像我们在手机上看到的所有面部识别一样。我很高兴看到移动设备使用了这一技术,我们迫不及待地想看到未来的产品是如何基于我们所看到的苹果公司产品那样不断发展的。

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