3D臉部識別？真正競爭的是3D空間數據

劉浩南

如果說用昂貴的3D攝像頭解鎖手機是“殺雞用牛刀”，3D空間數據就是那頭人人都想要的“牛”，而怎么獲得它，才是接下來的關鍵。

要論2017年手機行業的關鍵詞熱度，能跟“全面屏”一較高下的只有“臉部識別”。

當庫克在新落成的喬布斯劇院內發布2017年蘋果新品iPhone X時，這款全面屏手機引發了全場分貝最大的歡呼聲，也激發起各界對其抽絲剝繭式的技術解析。

作為這款機型的最大特色——蘋果自研的手機生物辨識技術Face ID，引起3D識別技術相關產業的連鎖震動。蘋果分析師、凱基證券分析員郭明錤稱，自iPhone X發布后，接到的安卓手機廠商關于3D識別技術的咨詢至少翻了三倍。

“蘋果產品有一些標桿作用，iPhone X一出來，產品相關技術的各個環節都被認知得更廣更深。”3D攝像硬件商奧比中光科技公司董事會秘書陳彬對《財經》記者說。

所謂標桿露出水面、被視為焦點之前，必經過技術的默默積累，3D識別產業的雛形競爭早在行業內打響，臉部識別繼指紋識別、虹膜識別后，逐漸走入手機生物識別方案市場的舞臺中心。

老原理+新應用

僅四年，Touch ID指紋識別解鎖技術居然要過時了，iPhone X用戶可借由3D臉部識別技術，完成手機解鎖、iTunes賬號登錄和App Store購物支付授權等，實現全程非接觸式識別操作。

Face ID臉部識別解鎖技術的核心在3D圖像數據。

iPhone X屏幕上方有一塊匯聚多樣元件的“劉海”，這塊“劉海”中，包括紅外鏡頭、泛光感應元件、距離感應器、環境光傳感器、點陣投射器等，皆服務于3D臉部識別。

“從公布的元件看，可以確認蘋果采用了3D結構光技術方案。這套方案的原理本身并不新鮮，但蘋果運用原理的技術很新鮮。”曠視科技首席科學家孫劍對《財經》記者分析。

其實，3D結構光技術是套“老”技術，即基于三角測量原理，分三步完成三維空間數據采集及使用的技術，先用投射器將紅外光投射到物體表面，然后用相機捕捉到基本的結構信息，最后經解析計算，實現物體的三維重建。這套技術原理此前被廣泛用于工業3D視覺、生物工程領域。

蘋果的新意是將其集成到手機上形成一套“新”應用方案。如先向用戶臉部投射3萬個肉眼不可見的投射點，紅外攝像頭接收反饋信息后，形成一個用戶臉部的精細專屬3D建模。在解鎖環節，系統再次“投射—接收”屏幕前物體的3D圖像，并將每一次收集到的3D信息與此前儲存的用戶3D臉部建模比對，根據重合度來自動解鎖。

簡而言之，“就是先幫你的臉畫一張3D畫，再主動比對物體與這幅畫區別，重合度足夠高就自動解鎖了”。一位手機設計行業的從業者向《財經》記者分析，目前獲取3D圖像數據方面應用較為成熟的有結構光和TOF兩種方案，蘋果可能結合應用了這兩種方案。

這套識別方案的安全性和場景適應性值得一提。如想用一張2D照片蒙混解鎖，根本行不通，因為記錄在手機里的是3D圖像，2D圖片無法通過識別。基本不改變臉部3D結構變化的諸如留胡子、戴帽子以及環境的光暗，對識別也無影響，即使解鎖時用戶沒有正臉對著攝像頭，也可完成識別。

“臉部識別”能成為手機行業關鍵詞，當然不僅因為一款iPhone X。

同樣在9月發布的數款安卓新機中，小米Note 3、vivoX20、金立M7都不約而同地搭載了基于2D攝像頭的臉部識別技術，加上稍早前發布的vivoX7，消費者要體驗手機人臉識別有多個選擇。

“可以確定的是，2018年會陸續有更多的支持2D人臉識別的手機上市，3D臉部識別的門檻也在逐漸下降中。” 曠視科技副總裁謝憶楠說。

據研究機構Zion Research發布的數據，3D攝像頭市場規模將從2015年的12.5億美元增長到2021年的78.9億美元，年均增長率達35%。

在iPhone X帶動下，部分國產手機廠商已不滿足于2D臉部識別技術。“春江水暖鴨先知”，最先感受到手機臉部識別技術需求增加信號的，自然是相關的硬件商們。

目前有3D攝像元件研發生產的企業接到多家國內手機廠商類似的合作意向——將3D攝像頭集成到手機上，并完成3D臉部識別技術適配。“預計2018年后半年大家就能看到國產手機用上3D攝像頭，3D臉部識別的風也有望由此刮起。”陳彬說。

手機上普及3D攝像頭是否必要

在每一輪慘烈的手機市場銷售比拼中，廠商都需要一個新的刺激點來說服消費者換機，3D人臉識別有潛質成為下一個說服點。然而，要讓手機規模化地都配上3D攝像頭，應用價值才是這一技術市場存續的關鍵。

首先牽涉的是2D臉部識別是否滿足應用要求。目前國內手機2D人臉識別方案中，攝像頭方面仍主要依靠傳統的RGB攝像頭，方式是收集攝像頭前物體的2D信息，與錄入的2D圖片進行比對。2D臉部識別方案的普及得益于軟件優化調試，這也是其移植到手機上的底氣。

臉部識別技術此前更多被應用于智能安防、線下商店體驗、3D體感游戲等場景中，而在移植到手機上之后，使用頻次和操作復雜度增加，安全性和環境適應性的要求凸顯。

《財經》記者在采訪多家2D臉部識別方案商時發現，“活體檢測”是被提及最多的軟件優化特點，即通過軟件識別出屏幕前的人臉是不是“活”的，用于避免用照片解鎖的可能性，以此突出識別的安全性。

“（2D臉部識別）主要提升在于降低誤識率，避免錯誤解鎖，且帶有活體檢測功能，能夠防范相片、視頻等非人像的攻擊。”商湯科技CEO徐立對《財經》記者說，如將人臉特征信息保存于可信執行環境中，在此區域中進行特征比對，以保護人臉特征不易被盜取，確保人臉解鎖過程的穩定性與安全性。

其實，如果只針對解鎖這一操作，3D臉部識別的優勢并不明顯。隨著圖形處理器和傳感器技術的完善，加上算法層的優化，人臉各種角度、暗光、強光、逆光等對解鎖操作影響甚微，只有戴帽子這類大面積的臉部改變能輕微減慢2D臉部識別的解鎖速度。

謝憶楠也認為2D臉部識別方興未艾，擁有“活體檢測”和更強的環境適應性之后，已經能滿足手機用戶對解鎖這一操作的需求。“兩個都是很新的東西，誰跑得快、跑得遠還得觀望，現階段看（2D臉部識別）短期內并不會被3D臉部識別取代。”

“無論2D還是3D，臉部識別方案在手機上的加速普及，元件小型化是關鍵，其次就是相應元件的功耗降低和識別精度增加。”孫劍認為，兩套方案涉及的各種要素都正在博弈中。

成本，是兩套方案競取市場芳心的又一關鍵要素。盡管還沒有進入大范圍應用階段，手機3D臉部識別方案的具體成本難以預計，但謝憶楠透露，目前2D攝像頭和3D攝像頭成本差異頗大。

市場調研機構IHS Markit的報告預計，iPhone 8 plus攝像模塊元件成本為32.5美元，由于Face ID的加入，iPhone X的攝像模塊元件成本會比iPhone 8 plus再高一截。

不過，陳彬對此并不擔心，他分析，“目前手機廠商們對3D攝像頭的需求清晰，新一輪技術完善，加上市場認可度提高后，相應的規模效應會產生，產能和成本問題不是當下最重要的問題。”

解鎖只是表象，蘋果志在3D數據構筑

在解鎖這件事上，雙方可能還有僵持的時間差，但從應用空間的廣闊度看，隨著3D攝像頭的技術門檻逐漸下降，其展現出的潛力非2D攝像頭可比。

從目前國內手機廠商拿出的臉部識別方案看，都只是軟件層面的識別方案，與Face ID這樣使用專用硬件和處理器的方案相比，安全性、速度、精度等都有所欠缺，只適合用于解鎖手機等比較簡單的功能。

“給手機配3D攝像頭，就用來解鎖手機，這是‘殺雞用牛刀。蘋果在Face ID身上投注了大量心血，預期的回報肯定不止如此，借此敲開3D數據大門才是蘋果野心所在。”一位手機供應鏈人士對《財經》記者分析。

今年6月的蘋果開發者大會上，蘋果發布了名為ARKit的增強現實軟件開發工具，旨在為開發者提供利用iOS設備開發增強現實應用的幫助。在9月13日的發布會上，全球營銷高級副總裁Phil Schiller演示了四款基于ARKit打造的內容，比如其中一款針對美國職棒大聯盟推出的“At Bat”應用，用戶能看到在比賽現場疊加的選手數據和比賽情況的AR信息，以此提升現場觀賽體驗。

Phil Schiller認為，未來智能手機圖像處理三個基礎功能分別為拍照、錄像和增強現實。而蘋果要實現增強現實生態的構建，一套能完美運行3D識別的硬件、一個完整的3D識別方案以及海量的三維數據都是必需品。在這個意義上，Face ID就是蘋果進入設想中那個3D世界的一把鑰匙。

在全球范圍內，能做到深度應用的3D識別硬件只有PrimeSense、英特爾RealSense以及微軟Kinect（初代Kinect技術來自PrimeSense授權）等幾家。雖然都有“兼職”3D圖像識別的軟件研發，但這些以硬件研發為主業的廠商，扮演的都是供應鏈中的一環。

蘋果在2013年將PrimeSense收入囊中，手握這張王牌，有了開發一套完美適配硬件的3D識別軟件方案的空間，并在此基礎上組織Face ID的商業邏輯。

在三維數據積累方面，蘋果也有蹤跡種種。凱基證券分析師郭明錤預計，在新一代iPad Pro升級版中，將會有Faceb ID的硬件基礎TrueDepth相機系統。10月10日，蘋果公司資訊網站MacRumors稱，新一代iPad Pro系列產品或將支持Face ID。如果Face ID能搭載到更多的蘋果設備上，針對人臉建模的龐大數據量自然也是蘋果的囊中之物。

有了Face ID硬件基礎，有了可以完美適配3D識別方案，再有大量的3D建模數據量，這個嶄新的、利用程度極高的3D空間世界對蘋果意味著什么？

目前大部分的計算機視覺深度學習都在使用2D圖像，然而對于自動駕駛汽車、無人機、AR、MR等技術來說，高精度的3D空間數據就是基礎和珍貴資源。這一點谷歌的3D感應研發計劃Project Tango走得比蘋果更早一些，也給蘋果施加了不少壓力。只是與Project Tango以空間感知的切入點不同，蘋果對3D空間數據的切入點放在更“接地氣”的臉部識別上。

從市場反應看，蘋果通過Face ID開啟了一個標準，也顯露了3D數據商業化使用大潮的頭兩個波浪。而臉部識別解鎖手機，不過是最先受惠的一個功能。如果說用昂貴的3D攝像頭解鎖手機是“殺雞用牛刀”，3D空間數據就是那頭人人都想要的“牛”，而怎么獲得它，才是接下來的關鍵。

“（手機臉部識別）集成化程度更高，促進了元器件的小型化，讓技術可以更好地應用到終端設備上。人臉識別我們認為一定會在手機上有很大的應用前景，隨著供應鏈的成熟，3D人臉識別這種需要軟硬件結合的方案，也會逐漸應用到更多的手機當中。”徐立認為。

三維空間中的數據構建是這條繩子的重要線頭，蘋果正在嘗試抓住它。庫克將iPhone X稱為蘋果的“one more thing”（新驚喜），而3D識別技術產業的“many things”正在頻繁胎動。