毫無疑問，提及目前世界上最先進(jìn)的高端手機(jī)之爭，無疑就是就是蘋果與三星了，這兩家公司的產(chǎn)品都有著自己的鮮明特點(diǎn)，也因此受到了自己粉絲們的支持與喜愛。而在最近蘋果發(fā)布的產(chǎn)品中，最受外界關(guān)注的，無疑就是十周年的旗艦機(jī) iPhone X，除了破天荒的使用了異形全面屏外，蘋果還十分有魄力的將 iPhone 最近幾年使用成熟的 Touch ID 替換成 Face ID，這樣的做法自然引起了不少人的爭議。
我們知道 Face ID 的面部識(shí)別并不是十分新穎的科技，三星在之前的產(chǎn)品也有配備過，只是效果一直不怎么理想，安全性能也未得到外界的贊同。為此三星選擇了一臺(tái)設(shè)備多種生物識(shí)別技術(shù)的方案，除了有面部識(shí)別之外，還配備了指紋與虹膜識(shí)別供用戶選擇。
在蘋果的 Face ID 推出之后，三星與蘋果的粉絲就一直在爭論，到底是蘋果全新研發(fā)的面部識(shí)別更安全，還是三星的虹膜識(shí)別方案更佳？最近國外一位喜歡研究各種電子設(shè)備的電氣工程師就對(duì)此發(fā)表了自己的看法，看下他分析的結(jié)果是怎么樣的。
使用臉部作為密碼只是讓人有點(diǎn)小興奮
在 9 月 2017 日的蘋果發(fā)布會(huì)上，iPhone X 被曝光�？梢钥闯�，蘋果在其“十周年紀(jì)念”旗艦上全力以赴，而其中一個(gè)新功能就是 Face ID。
用你的臉解鎖手機(jī)并不是什么新鮮事。Android 已經(jīng)使用有一段時(shí)間了，之后三星在 Galaxy Note 7 上使用了一個(gè)特殊的虹膜掃描儀。但蘋果的做法與以往不同，這是慣常的做法。蘋果沒有使用一種單一模式來創(chuàng)建解鎖令牌，而是使用了你的臉型。而且它還有一些非常專業(yè)的硬件可以協(xié)助它做到這一點(diǎn)。
我還沒有使用過 iPhone X，但這是一個(gè)我有豐富經(jīng)驗(yàn)的領(lǐng)域。對(duì)空間圖形的調(diào)制獲取，然后將獲得的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成某種軟件可以作為唯一標(biāo)識(shí)符的東西已經(jīng)存在一段時(shí)間了，現(xiàn)在你的房子里的產(chǎn)品不少都是用這個(gè)技術(shù)來制造、包裝或質(zhì)量檢查的。我參與了一些系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和部署，這些系統(tǒng)使用深度圖像采集來對(duì)產(chǎn)品（蘋果、桃子、李子等）進(jìn)行分類，區(qū)分形狀和大小，并據(jù)此來理解人臉識(shí)別技術(shù)是如何工作的。
讓我們來比較一下。
安卓的面部識(shí)別
2012 年，“面部識(shí)別”首次亮相 Galaxy Nexus。
自 4.0 版以來，用臉解鎖手機(jī)一直是 Android 系統(tǒng)的一部分。這是我們比較的三件事中最不復(fù)雜和最不安全的。
使用前置攝像頭，你的 Android 手機(jī)可以抓取一張你的臉，然后谷歌的人臉識(shí)別軟件就會(huì)對(duì)它進(jìn)行處理，以建立一組基于圖像的數(shù)據(jù)。當(dāng)你拿著手機(jī)貼近你的臉去解鎖時(shí)，識(shí)別系統(tǒng)會(huì)收集、處理和比較存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)。如果軟件能匹配這兩種軟件，就會(huì)將一個(gè)令牌傳遞給系統(tǒng)，這樣你的手機(jī)就會(huì)解鎖。
在那時(shí)候，安卓各大手機(jī)廠商開始跟風(fēng)推出“面部識(shí)別”，而三星在最新款手機(jī)上的表現(xiàn)則要好得多。
這些數(shù)據(jù)不會(huì)被發(fā)送到任何地方，而是通過手機(jī)本身收集和處理。它被安全地存儲(chǔ)并加密，沒有其他進(jìn)程能夠讀取原始數(shù)據(jù)。安卓手機(jī)的解鎖功能也不需要任何特殊的燈光、傳感器或攝像頭——它使用的是你用來自拍的前置攝像頭。
三星改進(jìn)了 Galaxy S8 和 Note 8 手機(jī)的體驗(yàn)，在屏幕被觸碰后就開始掃描，而且由于攝像頭和 CPU 的性能更好，處理速度更快、更準(zhǔn)確。Galaxy S8 的臉部解鎖速度很快，而且一旦用戶在使用手機(jī)進(jìn)行面部解鎖的時(shí)候握穩(wěn)手機(jī)，它的效果通常都會(huì)很好。
面部解鎖最大的問題是它不安全。沒有一家安卓廠商會(huì)宣傳這項(xiàng)功能是非常安全的，即便是谷歌或三星。這是一個(gè)方便的功能，用來展示（并優(yōu)化）谷歌的面部識(shí)別算法，一張臉部的打印照片都可能會(huì)擊敗安卓陣營的面部識(shí)別。
值得慶幸的是，三星還提供了另一種識(shí)別人臉的方式。
三星的虹膜掃描
三星首次將虹膜掃描技術(shù)引入是在 Galaxy Note 7。它是讓電腦掃描用戶的眼球來驗(yàn)證身份，這是我們?cè)陔娪敖?jīng)常中看到的東西，它被用于在真實(shí)的政府設(shè)施中保障安全出入。三星在其虹膜掃描系統(tǒng)中也采用了同樣的理念，只是縮小了范圍，這樣它就能更快地工作，并能利用智能手機(jī)有限的資源。這對(duì)你的手機(jī)來說已經(jīng)足夠安全了，即使不是 100% 的萬無一失。
每只眼睛都有不同的虹膜圖案結(jié)構(gòu)，即使是同一個(gè)人的右眼和左眼都有很大的不同。
虹膜圖案實(shí)際上比指紋更獨(dú)特和清晰。因?yàn)槊恳恢谎劬Χ际仟?dú)一無二的，所以三星可以用你的眼睛來識(shí)別你，并把它當(dāng)作你的身份憑證。這些憑證可以用于任何指紋，甚至密碼都可以。用戶只需要拿著手機(jī)對(duì)準(zhǔn)相關(guān)位置，這樣特殊的攝像頭就能看到你的眼睛，你的手機(jī)也能解鎖。
為了做到這一點(diǎn)，三星在手機(jī)上使用了專門的硬件。二極管發(fā)出近紅外光，照亮你的眼睛。這是一種人類無法看到的光的波長，但它是相當(dāng)強(qiáng)烈和“明亮”的。使用近紅外光有兩個(gè)原因：你的瞳孔不會(huì)收縮，你的視覺也不會(huì)改變，而且它能比我們所看到的其他波長更好地照亮任何有顏色圖案的物體。
如果你仔細(xì)觀察你的虹膜，你會(huì)發(fā)現(xiàn)有幾百種不同的顏色，不同的圖案。在近紅外線下，有成千上萬種顏色，它們之間的對(duì)比非常好。這會(huì)更好地抓取你的虹膜圖像，因?yàn)榧词鼓銢]有看到任何這樣的圖像，你的手機(jī)也可以用它來建立一個(gè)數(shù)據(jù)集。
三星使用近紅外光和一個(gè)特殊攝像頭來收集和處理你眼睛的數(shù)據(jù)。
一旦虹膜被照亮，一架經(jīng)過特殊調(diào)諧的窄焦鏡頭就能捕捉到一張圖像。你的 Galaxy S8 上的普通前置攝像頭可以在紅外照明下注冊(cè)顏色信息，但是一般的相機(jī)，無法識(shí)別虹膜，這就是為什么需要第二個(gè)攝像頭的原因。
設(shè)備分析了這張圖片后，會(huì)在你的手機(jī)上建立了一組清晰的數(shù)據(jù)。所有的數(shù)據(jù)處理、分析和存儲(chǔ)都是在本地完成的，而且是經(jīng)過加密的，因此只有識(shí)別用戶本人的虹膜才有機(jī)會(huì)訪問它。這些數(shù)據(jù)被用來創(chuàng)建一個(gè)令牌，如果虹膜掃描的過程提供了正確的標(biāo)記——安全檢查通過——就是檢測用戶注冊(cè)的的虹膜信息，接下來任何需要身份的軟件就都可以繼續(xù)進(jìn)行操作。
當(dāng)然，三星也會(huì)使用普通的前置攝像頭收集用戶的面部數(shù)據(jù)。最可能的是，面部數(shù)據(jù)被用來幫助構(gòu)建用戶的臉部位置，這樣虹膜掃描儀就有了清晰的視野。
你的眼睛需要在正確的位置設(shè)置和使用虹膜掃描儀。
這其中存在一些固有的缺陷。因?yàn)橛脩羰褂煤缒呙鑱斫怄i手機(jī)往往希望非�？斓乃俣龋皇堑妊劬锸占臄�(shù)據(jù)完全匹配無誤。三星必須在安全性和便利性之間找到正確的平衡點(diǎn)，因?yàn)闆]有人愿意為每一次掃描等待5到10秒，因此虹膜識(shí)別可能會(huì)被彩色高分辨率激光打印照片和普通隱形眼鏡模擬而誤導(dǎo)。但是老實(shí)說，基本上沒有人會(huì)有一張你的眼睛的照片，清晰到足以解鎖你的 Galaxy S8 或 Note 8。如果他們能做到獲取照片，那這種情況下手機(jī)安全或許不會(huì)是你面對(duì)最大的問題。
只要你的眼睛處于“最佳位置”，三星的虹膜掃描就能很好地工作。
更大的問題是準(zhǔn)確性。你的虹膜需要經(jīng)過分析才能通過軟件檢查，因?yàn)橄鄼C(jī)捕捉到的圖像是非常有限的，所以你的眼睛需要有一個(gè)“最佳平衡點(diǎn)”。你需要在那個(gè)點(diǎn)度過足夠長的時(shí)間來通過驗(yàn)證。如果沒有收集到足夠的數(shù)據(jù)來阻止別人隨意破解進(jìn)入你的手機(jī)，這個(gè)系統(tǒng)就沒有用處了，所以這就是它的工作原理。
這是一個(gè)很好的系統(tǒng)，就生物識(shí)別安全而言。而對(duì)很多使用者來說，這會(huì)有效的增加他們的設(shè)備安全。只有你的眼睛數(shù)據(jù)才能讓其工作，而且速度相當(dāng)快。你只需要學(xué)會(huì)正確地使用它——是的，通常這項(xiàng)功能不起作用，是由于很多時(shí)候你的眼睛睜得太大不自然導(dǎo)致的。
蘋果的人臉識(shí)別系統(tǒng)
蘋果在手機(jī)上的生物識(shí)別安全問題研究上已經(jīng)進(jìn)入了新的領(lǐng)域。從發(fā)布會(huì)上蘋果對(duì)其的說明就可以看到，要實(shí)現(xiàn) Face ID 需要專門的環(huán)境及臉部感應(yīng)器以及各種投影掃描模塊、并配備特殊的深度感應(yīng)鏡頭，以及一個(gè)非常昂貴的圖像處理計(jì)算芯片，以便收集足夠的臉部形狀數(shù)據(jù)，獲得每個(gè)用戶獨(dú)特的臉部識(shí)別�，F(xiàn)在，蘋果的新一代 A11 芯片和搭配的神經(jīng)引擎來處理這些數(shù)據(jù)。
面部識(shí)別系統(tǒng)會(huì)投射出強(qiáng)烈的紅外線來照亮你的臉。就像三星的虹膜掃描儀所使用的光一樣，它是一個(gè)人眼無法看到的波長，但它非�！傲痢�。這就像一盞大燈——在一個(gè)寬闊的區(qū)域，會(huì)有等量的光照射到你的臉上，并且會(huì)在你的頭部邊緣迅速消失。
蘋果正在嘗試一種與傳統(tǒng)人臉識(shí)別完全不同的東西，以及它是如何收集臉部信息的。
當(dāng)用戶的臉被照亮的時(shí)候，一個(gè)由紅外 LED 激光器組成的矩陣會(huì)投射到你的臉上。這些 LED 燈使用的是紅外線的波長，與用于照明的光線形成對(duì)比。成千上萬的光點(diǎn)會(huì)覆蓋你的臉。當(dāng)你移動(dòng)的時(shí)候（我們永遠(yuǎn)不能完全靜止），光點(diǎn)就會(huì)反映出這些變化。
當(dāng)你的臉被紅外線燈照亮，并投射出一個(gè)光矩陣，深度感應(yīng)相機(jī)就會(huì)自動(dòng)收集相關(guān)圖像數(shù)據(jù)。每一處的光點(diǎn)都被標(biāo)記出來，當(dāng)你移動(dòng)的時(shí)候，這些變化也會(huì)被系統(tǒng)記錄下來。這就是所謂的深度圖像采集，利用調(diào)制的模式投影。這是一種收集數(shù)據(jù)的好方法，可以在任何類型的光照條件下，甚至在物體運(yùn)動(dòng)時(shí)顯示形狀變化、識(shí)別邊緣檢測和深度。通過收集大量的數(shù)據(jù)，就可以獲得用于 3D 面部重建的各種形狀。
然后，數(shù)據(jù)被傳遞到蘋果的 A11 仿生神經(jīng)引擎上。它是一個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng)，有自己的處理器，可以實(shí)時(shí)分析數(shù)據(jù)，甚至可在收集數(shù)據(jù)同時(shí)進(jìn)行同步分析。這些數(shù)據(jù)被用來重塑用戶的臉，就像動(dòng)態(tài)模擬表情 Animoji 演示的那樣，使用面部識(shí)別傳感器來檢測用戶面部表情變化，同時(shí)用麥克風(fēng)記錄您的聲音，并最終生成可愛的 3D 動(dòng)畫表情符號(hào)。當(dāng)你的臉移動(dòng)時(shí)，動(dòng)畫表情也會(huì)跟著移動(dòng)。這是一款近乎完美的模仿產(chǎn)品，蘋果也據(jù)此在 iOS 11 中推出了新的 iMessage 動(dòng)畫表情符號(hào)，表現(xiàn)出色。
Face ID 使用的技術(shù)與 Android 手機(jī)上的 Tango 技術(shù)類似。
為了進(jìn)行身份驗(yàn)證，數(shù)據(jù)集還用于計(jì)算一個(gè)惟一標(biāo)識(shí)符。就像三星的虹膜掃描儀一樣，F(xiàn)ace ID 安全地存儲(chǔ)了這些數(shù)據(jù)，并可以將其與特殊攝像頭所收集的相比較，如果數(shù)據(jù)集與攝像頭看到的內(nèi)容相匹配，那么設(shè)備就會(huì)通過安全檢查，而驗(yàn)證“你真的是你”的標(biāo)記會(huì)被發(fā)送給任何需要它的進(jìn)程。
盡管蘋果也做出了一些讓步，以確保 Face ID 的快速和便捷，但從用戶的角度來看，它也有一些明顯的優(yōu)勢。Face ID 實(shí)際上更安全，它可以收集移動(dòng)數(shù)據(jù)（意味更多的數(shù)據(jù)被分析）。因?yàn)槭桥c整個(gè)臉部進(jìn)行匹配，所以相機(jī)可以使用更廣闊的視野，沒有“最佳平衡點(diǎn)”的要求。投射在你臉上的矩陣只會(huì)集中采集人臉部區(qū)域的數(shù)據(jù)，TrueDepth 深度感應(yīng)相機(jī)和后臺(tái)系統(tǒng)會(huì)驗(yàn)證是否正確。
Face ID 比虹膜掃描更有價(jià)值的一點(diǎn)在于，你的面部表情數(shù)據(jù)可以用于其他用途。使用蘋果的 TrueDepth 深感攝像機(jī)系統(tǒng)。我們可以看到蘋果已經(jīng)開發(fā)出不少有趣的東西，包括自拍的新肖像模式、動(dòng)畫表情符號(hào)和 Snapchat 面罩。蘋果已經(jīng)建立了仿生神經(jīng)引擎，它可以與第三方軟件共享簡單的形狀數(shù)據(jù)，同時(shí)又不暴露用于構(gòu)建安全標(biāo)識(shí)令牌的數(shù)據(jù)。
哪一個(gè)功能更好？
在我們嘗試之前，我們不能輕易就下達(dá)結(jié)論。
更好的說法是主觀的，尤其是在現(xiàn)實(shí)世界中，我們還沒有使用過 Face ID 或 iPhone X。在身份驗(yàn)證方面，用戶看重的是這個(gè)過程要準(zhǔn)確和迅速。三星的虹膜掃描儀在用戶點(diǎn)亮手機(jī)的時(shí)候，對(duì)準(zhǔn)相應(yīng)的位置就可以解鎖設(shè)備。但從文字說明介紹中，F(xiàn)ace ID 似乎更容易使用，因?yàn)樗恍枰i定任何特定的位置才能工作。但對(duì)于大多人數(shù)來說，或許這兩種情況都不太好，人們更希望使用指紋傳感器，而 Galaxy S8 和 Note 8 都有指紋傳感器。
無論你喜歡哪個(gè)，毫無疑問，蘋果在這面部識(shí)別方面已經(jīng)超越了別的競爭對(duì)手。搭配的一系列硬件協(xié)同工作可以建立和收集面部形狀和特征的數(shù)據(jù)，再結(jié)合自己的處理系統(tǒng)來分析處理它，而且構(gòu)建的是 3D 成像的面部識(shí)別。我很高興看到這一水平的技術(shù)出現(xiàn)在移動(dòng)設(shè)備上，并且迫不及待地想看看這款具有未來意味的產(chǎn)品 iPhone X 在實(shí)際情況當(dāng)中表現(xiàn)得如何。
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