解析iPhone X神器Face ID中的传感器

MEMS · 公众号 · · 2017-09-20 00:00

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据麦姆斯咨询报道，最新发布的iPhone X彻底放弃了触摸式指纹解锁Touch ID，而是开创先河，采用3D人脸识别——Face ID。

市场研究机构Yole的成像与传感器负责人Pierre Cambou表示：苹果正在颠覆整个“果粉”用户的使用体验。

在使用Face ID时，用户只需与iPhone X进行“目光接触”，就可以解锁了。iPhone X还可以把用户表情转变为动画表情包或动物表情包（Animoji）。传感器可以捕获和分析超过50种不同的面部肌肉运动，用户能够改变表情特征，如熊猫、鸡或独角兽。iPhone X提供了一系列屏幕上的面具，通过增强现实（AR）技术将用户变成个性化的自我。

总之，iPhone X的很多传感器是为了实现Face ID功能而部署，但也可以用于其它应用程序，包括Animoji和AR。Cambou认为这样“一箭多雕”的设计乃是苹果的天才之处，因为苹果很了解他们的用户。

iPhone X神器Face ID中的传感器

正如下图所示，许多传感器集成到iPhone X屏幕顶部的一个小空间里：红外摄像头、泛光照明灯、接近传感器、环境光传感器、前置摄像头、点阵投影仪、扬声器和麦克风。

iPhone X中的大量传感器

Cambou承认他很惊讶地看到最终发布的解决方案“比最初设想的更复杂”。iPhone X中为原深感摄像头设计的模组，包括结构光发射器、结构光接收器和ToF接近传感器。Cambou说：“苹果很善于管理运用如此多的技术以及这些技术的掌握者，与整个供应链一起创造出令人印象非常深刻的作品！”

模组中每个独立器件有一定的相关性，在最终组装前需要积极调试以确保能准确运作。Cambou坦言：“苹果能完成如此复杂的配置，实在是做得太好了！”

Cambou怀疑：“iPhone X的红外摄像头和接近传感器是由意法半导体（STM）提供，而前置摄像头和点阵投影仪则从艾迈斯（ams）采购。虽然iPhone X没有如我所料，从STM采购SPAD作为3D成像的元器件。但最终的结果，不得不让人钦佩！”

众多传感器是如何工作的？

iPhone X的3D感知功能始于ToF传感器，ToF传感器说得通俗些就是探测物体存在与否的传感器。Cambou解释说ToF传感器一旦检测到运动，就开启其它传感器。接下来是通过结构光法来计算场景中物体的深度和表面信息。

那么点阵投影仪的作用是什么呢？Cambou解释点阵投影仪为结构光发射器透射出红外光点，所以来自STM的红外摄像头则可以拾取这个物体的投影点阵。

但问及泛光照明灯的作用时，Cambou表示不是很确定。他认为这可能“和闪光灯一样简单”，为场景增加亮度才能“让普通相机在暗光条件下看到面孔”。

使用原深感摄像头，iPhone X可把你的表情用Animoji表达出来

准确度和安全性如何？

分析师的共识是，相对于三星Galaxy S8采用“单个摄像头+虹膜扫描”的方案，苹果的Face ID采用的方案更加复杂和先进，因为苹果通过一组不同的传感器来实现3D感知。

之前三星Galaxy S8用户吐槽，用一些质量一般的照片就可以解锁。而据报道，苹果先进的人脸识别完全能识别出一张真实的脸和照片之间的差异。

为了证明苹果在人脸识别的投入是非常严谨的，苹果高级副总裁Phil Schiller表示，“Face ID会学习你的脸”，并可以识别用户面容随时间的变化。

Schiller说道：“iPhone X的原深感摄像系统集成了多个传感器，映射到面部的30000多个不可见的光点描绘出一张人脸。这些信息创建iPhone X的神经系统，创建出用户的人脸模型。”

为了防止盗刷，苹果甚至与好莱坞模型团队进行了人脸模型对比验证，以保证Face ID所识别的人脸不能被任何仿制品所替代。Schiller称Touch ID的错误率为五万分之一，而Face ID的错误率则低至一百万分之一。当然，如果面对一对长相极为相似的双胞胎，Face ID也可能无能为力！

苹果还强调，用户的生物识别数据——指纹或面孔，不会离开他或她的设备。它以加密的形式存储在手机的“安全隔离区”中，在那里，操作系统或任何在手机上运行的应用程序都无法访问它。

未来的展望

显然，苹果经过深思熟虑，已经开发出了具有3D传感技术的iPhone X，但“在未来可能还有一定的提升空间，”Cambou说到，“还有什么呢？未来需要处理阳光…还有舞台灯光的干扰。”