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拾欢伯 2017-11-29 16:19:07

由荣耀V10说起 Face ID结构光技术大起底

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  昨天下午有三家安卓厂商发布了新机,在浏览新闻时我大概扫到一眼,发现有媒体称荣耀用了结构光方案的面部识别,这可把小编吓得不轻,不是说苹果Face ID 领先友商一到两年吗,荣耀怎么也用上了?所以小编赶紧去查了查,才发现原来荣耀发布的是一款摄像头配件,号称是全球首款“散斑结构光”手机配件(注意某几个关键词,华为还是会玩文字游戏啊)。至于这项技术的来源,其实是光学公司舜宇科技研发的 Jupiter X。

  从体积上来看,Jupiter X 和 Face ID 的差距确实印证了此前的说法,安卓阵营在人脸识别的技术上和苹果有一年以上的差距。但是考虑到这款配件依然是当下除了  TrueDepth 摄像头之外唯一的 3D 人脸识别产品,小编还是很想看看二者之间究竟有什么区别和联系。


  但是在查阅相关资料时却发现,别说 Jupiter X 了,即使是 Face ID 都基本找不到真正的干货。所以小编今天搜集了一些专业资料,试着和大家分享一下结构光方案人脸识别的深层次原理。

  结构光的原理不是“点”,而是“阵”

  结构光听起来很高大上,但实际上也很好理解,工作时相关器件会投影具备一定结构的光,比如亮灭相间的条纹光线,如果打到平面上,那么反射回来会是原样粗细的条纹;而如果打到不规则物体上,那么反射回来就会时条纹就会发生变化,然后根据计算,就能得出物体的结构了。

  再进一步,我们如果将光的结构变得复杂一些,比如 n × n 个亮灭相间的宫格形式,那么就能够根据反射回来时红外图案发生的畸变计算出人脸的几何结构了。而荣耀这次发布的这个配件,使用的正是这种形式的结构光,舜宇将其称之为“散斑结构光”。

  苹果的方案同样是“红外线点阵”,虽然苹果没有任何官方文件的放出,但是从官方图像资料上也不难看出,这个点阵中的红外线点阵的密度和排列其实是有规律的,所以不出意外应该也是“散斑结构光”方案,这一方案的关键并不是“点”,而是“阵”。

  TOF 和结构光同源却不同宗

  现在实现人脸 3D 建模的方式主要有三种,TOF (Time of Flight)、双目成像(双摄3D 建模)和结构光,双目成像因为效率低、算法难,精度差,所以早已经被排除了,我们这里聊聊 TOF 和结构光。为什么要提 TOF 呢?因为苹果发布会上提到了“红外线点阵”,所以早些时候有不少人认为 Face ID 用的是 TOF ,但 Face ID 的原理其实是散斑结构光,而散斑结构光和 TOF 一样,也是要用到红外线点阵的。

  TOF 的原理是红外线延时,手机会发射多条红外线点,因为脸部的 3D 结构,所以反射回来时每条红外线到达的时间不一样,根据这个就能够算出每个点的距离然后建立一个 3D 模型了。但是 TOF 精度有缺陷,使用 TOF 技术的 Kinect 二代那么大块头也只有 320×240(接近8万个点)的分辨率,一旦传感器体积小型化之后分辨率还会大幅下降,所以苹果并没有使用。有趣的是,第一代 Kinect 使用的其实是 PrimeSense 公司的结构光方案,但是这个公司后来被苹果收购用来研发 Face ID 了,所以二代 Kinect 不得已用了 TOF 方案。

  并且有一点需要强调,结构光其实并不是一定要用红外光的,可见光甚至是彩色光都OK,这次 Face ID 综合考虑到了使用环境、使用体验、功耗、模组大小等一系列因素才决定使用红外光,正因为使用红外光,才导致不少人将结构光和 TOF 的原理搞混,并且苹果为了用上红外光,也是付出了不少心血。

  苹果为了用上红外光下血本了

  前面说的或许很多人都知道,下面就真的是独家干货了。因为太阳光中也是有红外分量的,所以之前不少人怀疑使用红外线点阵的 Face ID 会很容易受到阳光干扰,但上市之后发现并没有这个问题,这就很神奇了。苹果解决这个问题的方式其实很巧妙,TrueDepth 的点阵投影器使用了 940nm 波长的红外线,因为阳光中 940nm 波长的红外线会和大气中的水分子共振从而被吸收掉,而在短距离传输中这种吸收并不明显,所以 940  nm 波长的红外线用在面部识别上最合适,完全不会被阳光干扰。

  可因为物理限制,传统红外摄像头基本上不能感应到 940nm 红外线,所以业界一般都使用 850nm 波长的红外线,而这个波段又特别容易受阳光影响,所以这也导致了过去“红暴现象”的泛滥。那么苹果的这次的红外摄像头为了能够收到940波段的红外线,一定用了什么新技术!查阅资料之后小编发现,苹果曾在今年7月收购了一家名为 InVisage 的公司,这家公司具有一项名为 QuantumFilm (量子薄膜)的技术,能够让红外摄像器感应范围大大提升。破案了!苹果的这颗红外摄像器十有八九用了量子薄膜技术,又是一项不为人所知的黑科技!

  在完全搞清楚苹果这套 TrueDepth 摄像头的原理之后,小编只能表示叹服,不管是在传感器小型化、散斑结构光的运用还是量子薄膜这种黑科技上,苹果基本上都已经达到了其他公司难以企及的高度,甚至拥有这些技术的公司全都被苹果收购了!其他公司想买都买不来,只能靠自己一点点的研究、追赶,但是等到别人赶上来之后,苹果又走到哪里了呢?这真是一件细思极恐的事情。
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