新机 iPhone X 将使用 Face ID 的识别系统来解锁设备,同时,Face ID 还能支持 Apple Pay 和第三方应用。那么,很多人不禁想问:机器是如何判断你的身份是否真实?

具体来说,判断的过程主要有两个步骤:

图像捕获

人脸识别

据密歇根州立大学研究模式识别和计算机视觉的 Anil Jain 介绍说:“机器会比较两张人脸图像,以确定二者的相似程度”。“以最简单的方式来说,这就是人脸识别的功能。用户通过自己的面部进行和完成验证,其实就像此前用指纹登录 Touch ID 一样。”Anil Jain对此表示。

图像捕获

在这一步骤中,Face ID 使用光投影仪和传感器的组合,会对用户的人脸特征拍摄几张图像。苹果表示,该组合可称之为“原深感摄像头系统(TrueDepth Camera System)”,系统中的技术可以协同工作,并能根据用户的脸部特征构建出一个“详细且深度的地图,以便实现快速识别”,同时也可以扩展自拍功能,实现动画表情发布,和AR效果叠加。

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用户在设置 Face ID 时,可以按照出现在手机屏幕上的说明进行相关操作。根据说明显示,它会要求用户将头部放在一个圆圈中,以便相机可以拍摄多张照片,以组成面部的3D地图。

据了解,在捕捉图像时,摄像头会使用红外光(IR)照亮你的脸,以满足不同时段不同环境对摄像头的要求,如白天、黑夜,室内、室外等。IR的一大功效在于可将电磁辐射的波长跨越可见光谱,所以即使在黑暗环境中,iPhone X 的屏幕也不会让你感到炫目。

“红外光是一种不可见的感应元件,可以补偿黑暗背景或环境光线以及在高亮或明亮环境中的光线的影响。”Jain对此解释说,“所以,红外照明可帮助人脸识别在非常有利的环境下进行。”

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以下是图像捕获的具体步骤:

首先,距离感应器和环境光传感器会帮助原深度摄像头系统确定人脸识别需要多少照明;

其后,泛光感应元件(Flood illuminator)产生红外光,以肉眼不可见的部分电磁光谱照亮用户的面部;

用户在验证时,点阵投影仪会投射30000万多个不可见的红外光点在人脸上,从而形成一张用户面部的3D地图;

最后,红外摄像机会捕获从用户面部反射回来的红外光形成的点阵图像。

人脸识别

一般来说,面部也是一种可衡量的「生物特征」。据了解,在安全性中使用的其他一些生物特征还包括指纹、声音和虹膜等。

所有生物识别系统基本上是采取「比较两种复杂模式,并计算彼此相似度」的方式。这些模式可能是指你的声音、指纹、虹膜或者面部特征的波形。

在设置生物识别系统时,计算机(如智能手机中的处理器)捕获并存储的参考模式,一般也成为模板或“注册图像”。然后,在用户想访问某个设备(比如,解锁手机)时,用户需要向计算机提供“验证图像”。

“在计算机内部,它需要计算一个介于0和1之间的数值。”Jain 对此表示,“如果数值越接近1,则说明这个生物特征越接近于验证图像,二者是相同或相似的指纹或面部特征。如果数值越接近0,则表示它和设备的主人不是同一个人。”

不过,由于拍摄条件的差异,用户在设置和验证时捕捉的图像可能会不太一样。在这种情况下,iPhone X会通过阈值来确定二者是否存在显著不同。例如,在某些情况下,0.7的对比数值已经表示二者足够相似或接近,所以最低数值并不是一个固定值。

“如果你只是通过Face ID 解锁手机,该手机品牌使用的内部阈值可能会相对较低。比如,他们可以将数值设为0.5或者0.6。”Jain 补充说,但是在某些特定情况下,数值则会相对较高,比如用户支付相对高额的产品时,则需要相对精确的验证。“当用户在蒂芙尼购买一条价值10000美元的项链时,这一验证的数值可能会上升到0.9。”

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然而,这一验证过程非常快,快到用户几乎感受不到它的存在。其主要得力于iPhone X处理器的强大威力。据苹果营销总监 Phil Schiller介绍,苹果为此开发了一个神经引擎(Neural Engine),可即时处理人脸识别。“该神经引擎每秒可执行6000亿多次操作,从而可以实现实时的Face ID 处理。”

以下是人脸识别的具体步骤:

首先,把IR图像从相机发送到iPhone X的神经引擎里,以构建用户的人脸3D模型;

将用户的3D模型或“验证图像”在计算机算法中呈现,并将其与用户存储的模板或“设置图像”进行比较;

根据这两个图像之间的相似度得出对比数值,看验证图像和设置图像是否匹配;

如果对比数值高于某个确定数值,iPhone X会通过你的身份验证并解锁。
	

(原文发表于 forbes,雷锋网编译)

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