從HUAWEI Mate 20 Pro到3D結(jié)構(gòu)光最全應(yīng)用

HUAWEI Mate 20 Pro采用2400萬前置攝像頭，擁有3D結(jié)構(gòu)光設(shè)計(jì)，3D智能美顏，自拍清晰自然；同時(shí)支持3D人臉解鎖，帶來毫秒級(jí)解鎖體驗(yàn)。

3D結(jié)構(gòu)光發(fā)射端鏡頭由聯(lián)創(chuàng)電子/舜宇供貨

在攝像頭這一市場(chǎng)除了三攝外，其實(shí)3D 結(jié)構(gòu)光也成為此次關(guān)注的一大焦點(diǎn)。

通過上述可以看出，此次華為Mate 20系列中，華為Mate 20 Pro和華為Mate 20 RS保時(shí)捷設(shè)計(jì)均支持3D人臉解鎖，識(shí)別速度小于600ms，同時(shí)提供超過3萬個(gè)檢測(cè)點(diǎn)，誤識(shí)率小等于百分之一。

除了解鎖外，上述的兩款帶有3D結(jié)構(gòu)光的新機(jī)也已經(jīng)被支付寶認(rèn)可作為刷臉手段。據(jù)悉，未來也將在微信支付上應(yīng)用。

其他應(yīng)用3D結(jié)構(gòu)光的手機(jī)品牌

IPHONE X

2017年蘋果秋季新品發(fā)布會(huì)上，蘋果帶來了10周年紀(jì)念版iPhone X，蘋果CEO庫(kù)克表示iPhone X為未來10年新技術(shù)奠定基調(diào)，而這其中除了全面屏之外，最有代表性的技術(shù)當(dāng)屬基于3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)的Face ID。

除此之外，蘋果的iPhone X還利用3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)來實(shí)現(xiàn)Animoji動(dòng)態(tài)表情，趣味性十足。

OPPO Find X

2017年5月10號(hào)，國(guó)內(nèi)手機(jī)品牌OPPO成功實(shí)現(xiàn)了全球首個(gè)基于3D 結(jié)構(gòu)光技術(shù)的 5G 視頻通話演示，這讓OPPO成為了目前 Android 手機(jī)行業(yè)中最早探索這項(xiàng)技術(shù)的品牌之一。

北京時(shí)間2018年6月20號(hào)，OPPO在法國(guó)巴黎盧浮宮召開了Find旗艦系列的全球發(fā)布會(huì)，OPPO Find X正式亮相，F(xiàn)ind X對(duì)于3G結(jié)構(gòu)光的最終應(yīng)用方式也隨之揭曉。

首先這次3G結(jié)構(gòu)光的物理搭載，就很有特色，OPPO創(chuàng)新地采用了雙規(guī)潛望結(jié)構(gòu)，將攝像頭隱藏在了手機(jī)內(nèi)部，結(jié)構(gòu)光的相應(yīng)原件無須暴露在手機(jī)整機(jī)正面，在進(jìn)一步開創(chuàng)全面屏記錄的同時(shí)，也提供了全面屏“無劉?！弊耘暮徒怄i的可行解決辦法。

再說OPPO Find X在3G結(jié)構(gòu)光的應(yīng)用層面，F(xiàn)ind X采用了O-Face 3G結(jié)構(gòu)光技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了免接觸更安全的解鎖。不僅解鎖快，OPPO更與支付寶合作，選好商品，確認(rèn)交易，看一眼就能支付，簡(jiǎn)單快捷。

另外OPPO還滿足了年輕人對(duì)于3D結(jié)構(gòu)光的期待——更有趣，利用O-Face 3G結(jié)構(gòu)光技術(shù)，Omoji將實(shí)時(shí)精準(zhǔn)的捕捉到你的表情，并同步呈現(xiàn)一個(gè)Q版的你，這些表情還可以傳導(dǎo)到相冊(cè)，用戶完全可以使用自己專屬的表情表和朋友聊天，極具可玩性。

人臉識(shí)別是如何實(shí)現(xiàn)的

生物識(shí)別其實(shí)并不是一個(gè)特別復(fù)雜的過程，簡(jiǎn)單的說都是通過獲取生物特征信息與已存信息進(jìn)行比對(duì)實(shí)現(xiàn)的。手機(jī)上的生物識(shí)別功能通過前置相機(jī)以非接觸的方式獲取生物信息圖像，獲取圖像后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并與數(shù)據(jù)庫(kù)中的已存在生物信息進(jìn)行對(duì)比，當(dāng)信息特征與已錄入信息達(dá)到限定的相似度時(shí)，就可以完成面部識(shí)別解鎖。

那么，只通過軟件層面的面部識(shí)別和3D面部識(shí)別有什么差別呢？現(xiàn)在安卓陣營(yíng)里，用在手機(jī)上的基本都只是通過軟件層面來進(jìn)行面部識(shí)別的，也正是因?yàn)槿绱宋覀儾拍茉谀承┦謾C(jī)上只通過系統(tǒng)升級(jí)就能體驗(yàn)到面部識(shí)別功能。從實(shí)際體驗(yàn)來說，這種面部識(shí)別相當(dāng)快，但其并不擅長(zhǎng)于安全。

為何說這種方式不安全？其原因就在于面部識(shí)別是一種非接觸的生物識(shí)別方式，這也是不同于指紋識(shí)別的顯著特征之一。所以指紋識(shí)別可以通過增加獲取生物的活體特征功能來避免假造指紋的識(shí)別通過，但面部識(shí)別卻很難用獲取生物活體特征的方式來排除照片欺騙。

面部特征點(diǎn)示意圖

不管是哪種識(shí)別方式，都是通過識(shí)別特征點(diǎn)來進(jìn)行特征獲取的。一般來說，錄入的特征點(diǎn)越多，生物識(shí)別的安全性就越高，在算法允許的情況下，一定面積的遮擋或者變化時(shí)識(shí)別準(zhǔn)確性受到的影響就越小。面部識(shí)別也是這樣的道理的，所以在一些安卓手機(jī)的面部識(shí)別宣傳中我們可以看到關(guān)于識(shí)別特征點(diǎn)的描述。但問題就是，只要是通過平面照片獲取信息點(diǎn)，不管多少特征點(diǎn)，都有被照片解鎖的可能性。

當(dāng)然，我們可以針對(duì)照片的特性來增強(qiáng)安全性。照片相對(duì)于活體，有三個(gè)特征，一是沒有活體特征，這個(gè)難以實(shí)現(xiàn)已經(jīng)排除；二是一張照片只有一個(gè)角度。在之前的其它面部識(shí)別設(shè)備上，就有需要通過轉(zhuǎn)動(dòng)臉部來獲取人臉多角度特征，從而增加安全性的先例。但這種方案的問題就在于識(shí)別效率降低，在講究速度的智能手機(jī)上，這樣的面部識(shí)別相比于背面指紋識(shí)別沒有優(yōu)勢(shì)。

面部識(shí)別

而第三點(diǎn)特征，就是照片是平面，而人是立體的。所以獲取活體臉部的立體信息就成了面部識(shí)別的最佳方向。我們所說的3D面部識(shí)別就是這樣的方案。那么這種方案是如何獲取生物信息的呢？這就涉及到了3D結(jié)構(gòu)光原理。

3D結(jié)構(gòu)光是個(gè)啥

如何在手機(jī)上獲取3D的面部特征信息呢？有人說雙攝啊，雙攝不就能測(cè)量景深么？其實(shí)這么想沒有問題，我們雙眼看世界，看到的世界是立體的，因?yàn)槲覀兊碾p眼存在一定的距離，看一個(gè)目標(biāo)是視線就存在一定的夾角，所以雙眼看到畫面是不同的，在大腦中合成的畫面就是立體的。而且現(xiàn)在存在雙目立體成像設(shè)備，就是依據(jù)視差原理形成三維圖像。

我們常用的面部識(shí)別，面部出現(xiàn)一定面積的遮擋也可以實(shí)現(xiàn)解鎖，這是因?yàn)閷?duì)比的數(shù)據(jù)只要相同率達(dá)到設(shè)定的條件即可。手機(jī)雙攝雖然能夠拍出不同視角的照片，但差別特別小，不能對(duì)面部識(shí)別的對(duì)比數(shù)據(jù)產(chǎn)生足夠的影響。

深度攝像頭構(gòu)造

我們要說的3D結(jié)構(gòu)光是獲取面部立體信息的最佳方案之一。打個(gè)比方說，其工作原理類似于可以繪制淺海海底地形圖的聲吶系統(tǒng)，通過反射信息來確定深度。3D結(jié)構(gòu)光則是通過人臉表現(xiàn)反射光線來確定深度信息的。

原理示意

3D結(jié)構(gòu)光的整個(gè)系統(tǒng)包含結(jié)構(gòu)光投影設(shè)備、攝像機(jī)、圖像采集和處理系統(tǒng)。其過程就是投影設(shè)備發(fā)射光線到被測(cè)物體上，攝像機(jī)拍攝在被測(cè)物體上形成的三維光圖形，拍攝圖像經(jīng)采集處理系統(tǒng)處理后獲得被測(cè)物體表面數(shù)據(jù)。在這個(gè)系統(tǒng)中，當(dāng)相機(jī)和投影設(shè)備相對(duì)位置一定時(shí)，投射在被測(cè)物體上的光線畸變程度取決于物體表面的深度，所以在拍攝圖像中可以得到一張擁有深度的光線圖像。

網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的3D結(jié)構(gòu)光投影

3D結(jié)構(gòu)光模式包含點(diǎn)、線、面的模式，是指投射的光線類型。一般來說，由多條垂直雙向的線組成的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)最常用，因?yàn)檫@種模式不需要掃描就可以實(shí)現(xiàn)三維的輪廓測(cè)量，而且速度快。用在手機(jī)上的3D結(jié)構(gòu)光則是由多個(gè)點(diǎn)組成的光線系統(tǒng)，選擇紅外線可以避免解鎖被光線射一臉的尷尬。

基本原理與前一段時(shí)間發(fā)布的自行車的LED 投影燈類似。這種LED投射燈內(nèi)部配備光源電池，并且可以輕松的固定在車把手上。和以往的那些自行車照明設(shè)備不同，這種投影燈發(fā)出的亮光,照亮地面后呈方形網(wǎng)格狀。

結(jié)構(gòu)非常簡(jiǎn)單，就是一臺(tái)非常迷你的LED投影儀，能在地面上投射出一個(gè)18*18的光網(wǎng)格子，于是，地面上有任何地形的變化，比如說，有溝，或者有塊轉(zhuǎn)頭，這個(gè)格子就會(huì)出現(xiàn)明顯的變形，提醒騎行者的注意。通過LED找到地面的網(wǎng)格狀，用戶在夜間使用時(shí)，觀察地面上網(wǎng)格的變化判斷地面的狀況。目前，這款小物件推出了三個(gè)不同尺寸的版本用于不同場(chǎng)景，正常模式 140x180 毫米、高速模式 140x260 毫米和 團(tuán)隊(duì)模式 300x200 毫米。

只是手機(jī)上面的立體識(shí)別，是由軟件實(shí)現(xiàn)，不是靠肉眼觀察的。

看到這里，相信大家已經(jīng)對(duì)3D結(jié)構(gòu)光的面部識(shí)別原理有了一定的了解。當(dāng)然，這些也只是對(duì)識(shí)別技術(shù)的簡(jiǎn)單介紹，其中的細(xì)節(jié)還是比較復(fù)雜的。就目前現(xiàn)狀來看，iPhone X的面部識(shí)別速度不如直接在軟件層面進(jìn)行的識(shí)別，但如果面部識(shí)別的活體檢測(cè)技術(shù)未能被開發(fā)的話，3D結(jié)構(gòu)光的面部識(shí)別將成為未來主流的生物識(shí)別方案。