不用說(shuō)，上周的iPhone X 那是火遍了每一個(gè)頭條。最大的兩個(gè)看點(diǎn)，一是全屏幕（在聊iPhone X“AMOLED全面屏”前，你需要知道這些…）；再就是把在手機(jī)上沒(méi)得意幾年的Touch ID踢出了局，取而代之的是調(diào)調(diào)極其高的Face ID（人臉識(shí)別），江湖俗稱(chēng)“刷臉”。

iPhone X 的刷臉功能，啊不，是Face ID

雖說(shuō)人臉識(shí)別已不是什么全新技術(shù)，但真正在手機(jī)上實(shí)現(xiàn)也是足夠狂拽酷炫的。不過(guò)，這個(gè)功能一經(jīng)發(fā)布便迅速遭到了一群愛(ài)擼妝小仙女們的質(zhì)疑：

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妝后FACE ID認(rèn)不出？iPhone X就呵呵了，并表示瓜眾們還是 too young too simple， sometimes na?ve！

答案當(dāng)然是否定的。簡(jiǎn)單地說(shuō)，F(xiàn)ace ID基于3D（深度）成像技術(shù)，并不會(huì)“膚淺”的去看“長(zhǎng)相”，而是通過(guò)獲得位置信息來(lái)進(jìn)行3D成像。實(shí)現(xiàn)這一技術(shù)的基礎(chǔ)元件，便是接下來(lái)我們要聊的“深度相機(jī)”了。

深度相機(jī)：沒(méi)有我，3D成像成不了

深度相機(jī)是一種特殊的相機(jī)，和傳統(tǒng)相機(jī)不同，除了能拍出物體的平面圖像外，還能測(cè)量出物體到相機(jī)位置的距離，從而實(shí)現(xiàn)3D（深度）成像。

它的原理主要有三種：雙目成像、結(jié)構(gòu)光、飛行時(shí)間。

1.雙目成像

我們的雙眼之所以能看到立體的圖像，是因?yàn)閮裳鄞嬖谕?，在一定距離觀看物體時(shí)，兩眼會(huì)接收到不同的視覺(jué)圖像。而大腦能夠很巧妙地通過(guò)眼球的運(yùn)動(dòng)、調(diào)整，將有細(xì)微差別的兩幅畫(huà)像融合，感知到生理深度暗示，從而產(chǎn)生立體感。這就是雙目立體視覺(jué)的基本原理。

熟悉的3D電影是雙目立體成像原理的應(yīng)用之一

雙目立體成像就是根據(jù)該原理，獲取、產(chǎn)生和傳輸一個(gè)空間場(chǎng)景，并將這個(gè)場(chǎng)景展現(xiàn)成具有立體感的景象。

這是一種比較傳統(tǒng)的技術(shù)，使用兩個(gè)可見(jiàn)光的圖像傳感器，通過(guò)雙目匹配就能夠?qū)崿F(xiàn)。這種方法雖然成本低，圖像分辨率高，但是算法非常復(fù)雜，且是一種被動(dòng)測(cè)量方法，目標(biāo)物體需要有良好的特征變化，不然無(wú)法實(shí)現(xiàn)。

2.結(jié)構(gòu)光

基本的結(jié)構(gòu)光方案所基于的原理是光學(xué)三角法。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)把一些特殊形式的光投到有不同深度的物體上時(shí)，光的紋路會(huì)發(fā)生變化，而我們可以通過(guò)采集這些紋理變化，來(lái)計(jì)算位置和深度，進(jìn)而復(fù)原整個(gè)三維空間。

例如光帶打到物體上，遇到突出的物體條紋就會(huì)改變?cè)械臓顟B(tài)，或斷開(kāi)，或彎曲，其程度取決于物體各部分的深淺。直接打到平面，條紋則不發(fā)生改變。

結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)主要由光投射裝置（常見(jiàn)的為近紅外光）、攝像機(jī)、圖像采集及處理系統(tǒng)組成。

其中，攝像機(jī)采用圖像傳感器配合窄帶濾光片和鏡頭的方式，接收不同位置的回波光信號(hào)，進(jìn)而成像。

右圖為調(diào)制好的近紅外條紋光，左圖為近紅外CMOS圖像傳感器成像的灰度圖

第一步的成像質(zhì)量直接影響接下來(lái)的圖像處理，這就需要圖像傳感器在近紅外波段具有極高的靈敏度，特別是對(duì)于一些高精度要求的識(shí)別系統(tǒng)應(yīng)用。

濱松深度相機(jī)用高靈敏度CMOS圖像傳感器

近紅外波段高靈敏度表現(xiàn)

高速捕捉能力表現(xiàn)

成像后接下來(lái)的工作，就交給圖像采集及處理系統(tǒng)了：

來(lái)源：結(jié)構(gòu)光的概念及其實(shí)現(xiàn)三維成像的主要原理是什么？Lee Mr回答內(nèi)容，知乎

激光器發(fā)出的光束經(jīng)過(guò)光學(xué)系統(tǒng)形成的不光有條紋的，還有包括點(diǎn)、單線、單圓、同心多圓、網(wǎng)格、十字交叉等多種散斑形態(tài)，通過(guò)特征編碼直接獲取特征點(diǎn)。與普通條紋光相同，其他特征圖形也都是通過(guò)在景物上形成特定的圖案，成像后進(jìn)行圖像處理，后對(duì)圖案深度或距離信息進(jìn)行提取。

iPhone X也正是采用的結(jié)構(gòu)光來(lái)實(shí)現(xiàn)Face ID的。還記得那屏幕上端搶眼的“劉?！眴幔恐糜谄渲械氖且惶追Q(chēng)作“原深感攝像頭”的系統(tǒng)，除了常規(guī)器件，還加入了紅外攝像頭、點(diǎn)陣投射器、泛光感應(yīng)元件，也就是Face ID的核心元件。其通過(guò)投射超過(guò)3萬(wàn)個(gè)光信息識(shí)別點(diǎn)，由攝像頭收集信息并通過(guò)算法分析，實(shí)現(xiàn)了它的人臉識(shí)別。

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3.飛行時(shí)間（TOF）

通過(guò)捕捉光從發(fā)射到接收的飛行時(shí)間，判斷物體距離，這就是測(cè)距中常見(jiàn)的飛行時(shí)間（Time of Flight，TOF）法。在3D成像應(yīng)用中，TOF法是基于距離圖像傳感器實(shí)現(xiàn)的。

距離圖像傳感器芯片的每一個(gè)像元對(duì)入射光往返物體和相機(jī)之間的相位分別進(jìn)行記錄，傳感器結(jié)構(gòu)與普通圖像傳感器類(lèi)似，但是包含兩個(gè)快門(mén)，用來(lái)在不同時(shí)間采樣反射光線，因此像素尺寸比普通圖像傳感器尺寸大。另外，照射單元和傳感器需要高速信號(hào)控制才可以達(dá)到想要的精度。

濱松TOF深度相機(jī)用距離圖像傳感器

TOF的深度相機(jī)也主要包含三部分，一個(gè)高速光源（激光器或LED），一個(gè)可以測(cè)試飛行時(shí)間的距離圖像傳感器，以及后續(xù)處理單元。

左圖：深度圖像（TOF法成像） / 右圖：彩色圖像

雙目、結(jié)構(gòu)光、飛行時(shí)間（TOF），這三種雖然都是深度相機(jī)中常用的方法，但他們也各有所長(zhǎng)：

技能點(diǎn)的不同也決定了他們著各自擅長(zhǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域。雙目法對(duì)是否有光照、被測(cè)物特征區(qū)別等外部環(huán)境限制較多，但是有分辨率優(yōu)勢(shì)，更適合于在環(huán)境比較單一的流水線檢測(cè)等應(yīng)用上；結(jié)構(gòu)光可以測(cè)試比較近的距離，對(duì)被測(cè)物的要求不高，同時(shí)兼顧了深度分辨率，使得它比較適合用在臺(tái)式設(shè)備或者手持設(shè)備的人臉識(shí)別、體感互動(dòng)等應(yīng)用中；TOF雖然在其他方面表現(xiàn)優(yōu)秀，但是有著深度圖像分辨率低的問(wèn)題，使得它更適合用在動(dòng)態(tài)捕捉、機(jī)器人避障等應(yīng)用上。

iPhone X Face ID的出現(xiàn)又一次掀動(dòng)了3D成像的熱浪，但它也僅僅是洪流中的一個(gè)代表。在未來(lái)，3D成像也勢(shì)必將更加普及，從消費(fèi)民用到科研、軍事、醫(yī)療等等各個(gè)方面，改變我們的生活。