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十年前，當(dāng)小編還是一個(gè)初級(jí)工程師的時(shí)候，就曾在筆記本電腦上安裝了人臉識(shí)別系統(tǒng)，當(dāng)時(shí)筆記本電腦自帶的人臉識(shí)別系統(tǒng)就是靠對(duì)比存儲(chǔ)在電腦里的照片來(lái)進(jìn)行認(rèn)證的。記得為了提高安全性，小編還特意去下載了一個(gè)需要眨眼睛，搖頭等附加動(dòng)作的識(shí)別軟件，不然只需要一張照片就能通過(guò)驗(yàn)證了。

十年過(guò)去了，人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)有了翻天覆地的變化，按道理來(lái)說(shuō)現(xiàn)在的人臉?lè)纻?a target="_blank">算法應(yīng)該可以防住照片、電子照片等平面假人臉的。可是，小編還是看到了一則新華社的報(bào)道，嘉興市上外秀洲外國(guó)語(yǔ)學(xué)校402班科學(xué)小隊(duì)，在一次課外科學(xué)實(shí)驗(yàn)中竟然也是用一張打印的照片打開(kāi)了小區(qū)里的豐巢智能柜，取出了他們父母的貨件。

圖1：小學(xué)生們用打印的照片打開(kāi)了快遞柜門(mén)。

收到爆料的《都市快報(bào)》好奇實(shí)驗(yàn)室的記者進(jìn)行了驗(yàn)證，驗(yàn)證結(jié)果跟小學(xué)生們的實(shí)驗(yàn)完全一致。雖然《都市快報(bào)》的報(bào)道里說(shuō)豐巢智能柜在微博進(jìn)行了回應(yīng)，但小編在豐巢智能柜的新浪微博上卻沒(méi)找到相應(yīng)的回應(yīng)，有可能是被刪除了吧。

圖2：《都市快報(bào)》文章內(nèi)的豐巢智能柜回應(yīng)。

或許我們放在快遞柜內(nèi)的貨件并不是什么很值錢(qián)的東西，不需要那么高的安全性，但是如今“刷臉”不僅限于快遞柜，還有戶政辦事預(yù)約、刷臉支付、刷臉門(mén)禁、人臉解鎖、人臉登錄、智能門(mén)鎖、酒店入住、銀行辦理業(yè)務(wù)等等……可以說(shuō)我們?cè)谏钪凶龊芏嗍虑槎夹枰八⒛槨绷耍@些看似為了增加安全性的刷臉系統(tǒng)真的可靠嗎？

人臉識(shí)別分為2D和3D

其實(shí)，目前的人臉識(shí)別技術(shù)可以分為兩大類(lèi)，基于2D人臉圖像和基于3D人臉圖像的人臉識(shí)別系統(tǒng)。真正安全級(jí)別較高的是3D人臉識(shí)別系統(tǒng)，2D人臉識(shí)別系統(tǒng)就像小編十多年前玩的那個(gè)一樣，安全性是很一般的。不過(guò)目前3D攝像頭的成本較高，一般企業(yè)基于成本方面的考慮一般都選用2D的人臉識(shí)別系統(tǒng)。

3D人臉是在2D人臉識(shí)別的基礎(chǔ)上加入了立體深度感知信息，從而讓機(jī)器同人類(lèi)一樣具備三維感知的能力。3D人臉識(shí)別與2D人臉識(shí)別相比具有的優(yōu)勢(shì)如表1所示。

表1：3D圖像相對(duì)于2D圖像識(shí)別的優(yōu)勢(shì)。（電子發(fā)燒友繪制）

目前3D人臉識(shí)別技術(shù)也分為多種，有雙目成像、3D結(jié)構(gòu)光、ToF和雙目散斑結(jié)構(gòu)光等技術(shù)，其各自的優(yōu)缺點(diǎn)如表2所示。

表2：四種3D人臉識(shí)別技術(shù)的性能對(duì)比。（電子發(fā)燒友繪制）

根據(jù)Yole統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)，3D人臉識(shí)別應(yīng)用市場(chǎng)規(guī)模到2023年將增長(zhǎng)至185.2億美元，2017年至2023年的年復(fù)合增長(zhǎng)率將達(dá)44%，其中消費(fèi)、汽車(chē)和工商業(yè)為其主要應(yīng)用領(lǐng)域。

圖3：Yole認(rèn)為3D人臉識(shí)別應(yīng)用市場(chǎng)將會(huì)快速增長(zhǎng)。（數(shù)據(jù)來(lái)源：Yole）

在終端廠商中，蘋(píng)果是最為執(zhí)著的，技術(shù)儲(chǔ)備也最為豐富，其iPhone X系列、最新的iPhone11系列，以及iPad Pro都搭載了3D人臉識(shí)別系統(tǒng)。

國(guó)內(nèi)終端廠商華為也在Mate 20 Pro采用了3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)。通過(guò)3D深度感應(yīng)技術(shù)，捕捉面部立體特征數(shù)據(jù)，從而準(zhǔn)確低記錄人臉信息，達(dá)到更快速地進(jìn)行準(zhǔn)確識(shí)別。其3D 結(jié)構(gòu)光的原理，是Mate 20 Pro 在錄制人臉數(shù)據(jù)時(shí)，前置的散斑投射器，將 30000 個(gè)不可見(jiàn)的小光點(diǎn)，投射到人臉的各個(gè)特征結(jié)構(gòu)上，以獲得面部深度信息；同時(shí)紅外補(bǔ)光燈開(kāi)啟，獲得人臉的特征信息。系統(tǒng)再通過(guò)紅外相機(jī)拍攝和分析這些信息，從而獲得精準(zhǔn)的人臉數(shù)據(jù)。

圖4：華為Mate20pro的3D人臉識(shí)別系統(tǒng)。

每次需要解鎖時(shí)，手機(jī)會(huì)通過(guò)紅外相機(jī)、散斑投射器和紅外補(bǔ)光燈捕捉人臉數(shù)據(jù)，再與系統(tǒng)內(nèi)的人臉信息進(jìn)行比對(duì)，如果一致，則機(jī)主身份確認(rèn)，手機(jī)成功解鎖。

此外，還有OPPO Find X、榮耀Magic 2，小米8探索版等采用了結(jié)構(gòu)光技術(shù)。

不過(guò)據(jù)一些公開(kāi)資料顯示，最新的華為Mate30pro則并沒(méi)有采用結(jié)構(gòu)光技術(shù)，而是使用了ToF技術(shù)。

3D人臉識(shí)別模塊玩家

為了獲取3D人臉信息，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和算法實(shí)現(xiàn)也很復(fù)雜。以O(shè)PPO Find X的結(jié)構(gòu)光為例，主要光學(xué)硬件包括發(fā)射端和接收端兩個(gè)部分，還有一個(gè)Flood illuminator模組用于人臉識(shí)別之前的粗測(cè)，核心零部件包括VCSEL芯片、準(zhǔn)直鏡頭、DOE、窄帶濾光片和紅外CMOS等。

圖5：OPPO Find X 3D結(jié)構(gòu)光系統(tǒng)。（數(shù)據(jù)來(lái)源：SITRI，東吳證券研究所）

從中我們可以看到OPPO Find X的3D人臉識(shí)別模組來(lái)自?shī)W比中光，奧比中光擁有3D傳感的多項(xiàng)核心技術(shù)，包括3D傳感系統(tǒng)、芯片設(shè)計(jì)、SDK等，同時(shí)它也是國(guó)內(nèi)一家能大批量量產(chǎn)3D傳感攝像頭的廠家。從硬件綜合實(shí)力來(lái)看，奧比中光算是國(guó)內(nèi)翹楚。

目前奧比中光自主研發(fā)的3D傳感攝像頭器件包括Astra、AstraPro、AstraMini、AstraS、AstraMiniS、AstraP等產(chǎn)品。其3D感知芯片也發(fā)展到了第三代，最新一代的產(chǎn)品是MX6300，該芯片支持人臉解鎖、安全支付、3D美顏、3D掃描建模等應(yīng)用。

小米8探索版采用了來(lái)自以色列Mantis Vision公司的3D結(jié)構(gòu)光技術(shù)。該技術(shù)與蘋(píng)果的結(jié)構(gòu)光解決方案不同，卻別主要在于點(diǎn)陣投影器。編碼方式也比蘋(píng)果的散斑方式更快速地匹配特征點(diǎn)，減少了3D信息計(jì)算量，降低了結(jié)構(gòu)光算法功耗。

另外，英特爾的Realsense也是3D人臉識(shí)別應(yīng)用中的一個(gè)常用解決方案。該方案開(kāi)始比較多地被應(yīng)用在了無(wú)人機(jī)防撞系統(tǒng)上，現(xiàn)在也開(kāi)始應(yīng)用在其他一些領(lǐng)域，比如智能門(mén)鎖、人臉支付，人臉識(shí)別門(mén)禁等應(yīng)用領(lǐng)域。

就在前不久，國(guó)內(nèi)的初創(chuàng)企業(yè)小鈷科技還與英特爾簽署了戰(zhàn)略合作備忘錄，幫助英特爾的Realsense產(chǎn)品落地，據(jù)小鈷科技創(chuàng)始人兼CEO陳俊逸介紹，小鈷科技在11個(gè)月的時(shí)間里，與英特爾Realsense團(tuán)隊(duì)合作打造了7款落地產(chǎn)品，并預(yù)計(jì)今年還將有3到4款落地產(chǎn)品推出。

7款落地產(chǎn)品包括AlpaLook EYE深度模組，該模組與以往的Realsense攝像頭不同，無(wú)論是體積、穩(wěn)定性、一致性上都有很大的提升，精度上可以達(dá)到0.1毫米的誤差。

AlphaLook 3D人臉模組，則首次集成了英特爾兩顆AI視覺(jué)芯片：英特爾RealSense與Movidius。

內(nèi)置AlphaLook 3D模組的人臉識(shí)別鎖，能防止“好萊塢”級(jí)別的高度仿真3D打印/硅膠面具的偽造；對(duì)用戶3D人臉數(shù)據(jù)的強(qiáng)加密，注重用戶隱私和安全。同時(shí)，受益于英特爾RealSense，即使是在戶外的強(qiáng)光下， AlphaLook 3D人臉識(shí)別鎖也能準(zhǔn)確識(shí)別室內(nèi)和室外、低光和背光等環(huán)境，解決了人臉識(shí)別行業(yè)的巨大挑戰(zhàn)。為了更好地符合家庭使用場(chǎng)景，AlphaLook 3D人臉識(shí)別鎖可以在用戶無(wú)配合情況下兼容從1.2米到1.9米身高。

陳俊逸表示，相比其它人臉識(shí)別算法，3D雙目散斑結(jié)構(gòu)光解決方案具有三大優(yōu)勢(shì)：

1、在保證識(shí)別準(zhǔn)確率的情況下，滲透15度的一個(gè)姿態(tài)完整，同時(shí)可以兼容眼鏡、墨鏡、帽子等一些飾物的影響。2、得益于雙目技術(shù)，可以不受光線影響，在室外光、暗光，還有強(qiáng)光下均可使用。3、精度可以提高，可以做到2D算法的誤識(shí)率的1%。

ToF解決方案的提供者主要有英飛凌、意法半導(dǎo)體等廠商。

其實(shí)3D人臉識(shí)別解決方案除了硬件，算法也更為復(fù)雜，一方面，由于數(shù)據(jù)量龐大，需要使用專(zhuān)用ASIC進(jìn)行計(jì)算，ASIC芯片也可以與主芯片集成；另一方面，識(shí)別時(shí)，人臉與傳感器距離較遠(yuǎn)，光路中有大量的噪聲，如何去除這些噪聲對(duì)識(shí)別率的影響，算法至關(guān)重要。

目前提供3D人臉識(shí)別算法的企業(yè)也很多，比如國(guó)內(nèi)的曠視科技、商湯科技，以及云從等。

結(jié)語(yǔ)

早在20世紀(jì)50年代，科學(xué)家們就已經(jīng)開(kāi)始了對(duì)人臉識(shí)別的研究，60年代開(kāi)始了人臉識(shí)別的工程化應(yīng)用。當(dāng)時(shí)主要利用了人臉的幾何結(jié)構(gòu)，這種方法簡(jiǎn)單直觀，但一旦人臉姿態(tài)、表情發(fā)生變化，精度就嚴(yán)重下降。從2D到3D，人臉識(shí)別解決方案越來(lái)越先進(jìn)，安全性越來(lái)越高，但還是希望企業(yè)要么不適用人臉識(shí)別系統(tǒng)，要么就使用安全性經(jīng)得起考驗(yàn)的解決方案，不要為了噱頭和成本的原因，采用技術(shù)不過(guò)關(guān)的人臉識(shí)別系統(tǒng)，這樣會(huì)害人害己的。

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