AI 3D攝像頭，我們從 iPhone 10 看到新一輪智能手機變革的方向

3D攝像頭和AI 會是新一輪智能手機變革的引爆點。

熬夜看發布會的 機器之能

撰文 | 機器之能編輯部

今年，恰逢蘋果手機發布十周年。北京時間 9 月 13 日凌晨 1 點，蘋果在喬布斯劇院召開新品發布會。

北京時區的果粉們熬了一個多小時後，終於等來「壓軸嘉賓」——蘋果十周年特別版 iPhoneX。外觀上，iPhone X 首次在 iPhone 上實現 OLED 全面屏，前身和背部採用了玻璃材質，內部採用不鏽鋼材質，防塵防水，屏幕尺寸達 5.8 英寸。iPhoneX 的屏幕為 Super Retina Display，解析度達到了 2436 x 1125，其每英寸有 458 個像素，這超過了以往所有的 iPhone。

它的獨特之處是沒有「Home 鍵」，庫克在發布會上將這款「iPhoneX」的特別版稱為「iPhone10」。沒了 TouchID，iPhone X 採用 Face ID 作為手機生物辨識技術。為了實現最佳功能，除了利用位於屏幕上方的 TrueDepth 相機之外，手機還使用了新的神經引擎。嵌在新款 A11 Bionic 晶元里的神經引擎是雙核心架構，能每秒處理 6 兆個指令。Face ID 的安全係數比 Touch ID 更強，同時兼容於現有的 Touch ID 保護功能。

過去十年中，智能手機變得越來越輕薄，越來越快速，但是其它功能方面似乎沒很大的改進，各家廠商的產品也日趨同質化。想要預測未來智能手機的樣子，不妨將注意力放在設備的攝像頭以及利用該組件的軟體上。

「智能化的路徑需要新的感測器，3D 攝像頭會是一個典型的代表。」閱面科技 CEO 趙京雷在接受機器之心採訪時表示。「攝像頭是手機捕獲世界的眼睛，捕獲的任何圖像，都需要進行處理，AI 為這些圖像的處理賦予了更多可能。我們認為視覺 AI 技術的應用將掀起智能手機下一波浪潮。」商湯科技告訴機器之心。

一、消失的 Home 鍵

iPhone X 的解鎖由簡單的三個動作串聯完成，拿起手機、看一眼手機、手指從手機底部向上滑即可。蘋果手機從「滑動開鎖」時代，演進到「指紋解鎖」時代，最終進化成現在的「看一眼解鎖」時代。通過邊上的按鈕，也能呼喚出 Siri。

其實，蘋果考慮對 Home 鍵進行改變的時間遠比我們認為的要早。去年蘋果發布 iPhone 7 和 7 Plus 的時候，這些設備獲得了巨大的成功，吸引了眾多新的以及想要換新機的用戶，他們對相機出色的表現讚不絕口，但也僅限於此，除此之外並無更多值得誇耀之處。他們也在不知不覺中改變了 Home 鍵的屬性，因為這些新的蘋果機並不像過去的設備那樣對 Home 鍵有很高的依賴度。

Home 鍵的消失的部分原因在於工藝設計。從屏幕材質和尺寸大小方面考慮，全面屏基本不存在工藝難題，難點在於需要手機廠商解決攝像頭、指紋鍵等多個手機部件的位置布局形態。雖然智能手機配置指紋識別功能已經普及，但在智能手機實現全面屏的需求下，指紋識別功能前置和後置等形式會出現不同程度的工藝難題。小米 Mix、LG G6、三星 S8 等手機表明，指紋識別功能的歸置已經成為時下較為棘手的問題

雖然虹膜識別也是較為成熟的生物識別技術。但在智能機上的大規模採用，會受到成本和技術的限制，用戶體驗也不佳。有調研顯示，相比指紋識別，虹膜識別只是添置一個紅外攝像頭，但是紅外攝像頭的單價遠遠高於一顆指紋模組，也給手機廠商帶來成本壓力。

「指紋膜組的取消不僅能夠在價格上打開新思路，所節省出來的空間還可以讓手機廠商實現其它性能的提升與完善，或是新功能的嘗試與創新。同時，人臉解鎖與全面屏是緊密結合的，隨著全面屏的觸發，未來人臉識別將成為全面屏的標配。」曠視科技副總裁吳文昊告訴機器之心。

二、「看一眼」解鎖，蘋果的優勢與布局

起價 999 美元的 iPhone10 後置雙攝像頭後，再配備前置 3D 感應攝像頭（TrueDepth），不僅支持 AR 增強現實技術，還可以與相機配合，完成面部識別驗證。「這個階段而言，以蘋果的應用為分水嶺，可以認為它的安全性超過了指紋。」趙京雷告訴機器之心。

1、成熟的人臉識別技術。以往的臉部識別系統錯誤接受率達到 1%，安全性相當糟糕。舊式臉部識別系統僅僅使用攝像頭來給你拍張照片，然後拿它來跟存儲在設備上的圖像進行對比，進而作出判斷。盜賊只需要在攝像頭前舉起一張你的臉部照片，就能騙過該類系統——有人已經矇騙過三星的臉部識別功能。

紅外臉部識別功能安全很多。其運行方式如下（以高通的深度感應攝像頭系統 Spectra 為例）：Spectra 系統中的一個模塊會對物體發出紅外點，以便根據那些點的大小和扭曲度來收集物體深度方面的信息。如果那些點比較小，那該物體就是在離得較遠的地方；如果它們比較大，那物體就是比較近。接著，成像系統會將模式拼合成你的臉部的精細 3D 圖像，進而在解鎖智能手機之前判斷你是否是它的主人。

有了 3D 信息，無論是在美圖，還是在人臉修復方面，都可以實現更多的功能。比如現在圖像軟體中的 AR 特效，往往眼鏡、表情等疊加的信息是與人臉錯位的，就像是貼上去的一樣，如果有 3D 深度信息，則可以更自然。

在人臉識別驗證上，強弱光、角度和遮擋的影響，都會讓識別的效果打折扣，而深度信息就能弱化這些問題，適應惡劣的光照，非常大的表情變化，以及非常大的姿態變化。

「人臉解鎖的抗干擾能力較強，能夠抵抗眼鏡、小範圍遮擋和角度變化以及較暗的光線等。而指紋解鎖在戴手套或是手指出汗、潮濕的狀態下則是完全失效的。」曠視科技告訴機器之心。由於人的頭部形狀非常獨特，Face ID 出錯的可能性只有百萬分之一，大幅低於 Touch ID 的五萬分之一。

2、未雨綢繆的布局。全球生物識別市場預計 2020 年將達 250 億美元，其中目前增速最快的為人臉識別，在應用場景不斷增加的情況下，人臉識別將是下一個消費終端創新的大方向。

從終端廠商來看，蘋果、三星、華為、Facebook、谷歌的多項專利顯示，各大終端巨頭都在紛紛布局人臉識別技術。谷歌早在 2012 年久獲得人臉識別解鎖手機的專利，而蘋果獲得相應專利的時間為 2015 年。但蘋果在手機端的布局最為明顯，先後收購 PolarRose，PrimeSense，Perceptio，Faceshift，Emotient，Turi 等人臉識別相關技術公司。

2013 年，蘋果收購 3D 感測技術公司 PrimeSense，這家公司因為給微軟的 Kinect 提供了感測器而走紅。業界也一致認為它的技術會應用到蘋果自家硬體產品當中。

PrimeSense 主要提供感測器和中間件，可以讓設備感知周邊的三維環境，實現人機交互。而如果這種技術用於前置攝像頭，可以為拍照、背景虛化、人臉識別、手勢識別帶來便利。它使用了結構光方案來獲取深度信息，原理簡單來說，就是向空間投影一定圖案，感測器獲取反射回來的圖案，與原圖進行對比就能生成深度圖。

在專利方面，蘋果在 15 年獲得人臉識別解鎖設備的專利，特意保護紅外感測器的使用，符合人臉識別的需求。

蘋果表示，會將人臉識別技術應用到 ApplePay 以及第三方應用中去。目前，支付寶、券商、銀行為主的金融服務機構也已經從去年開始大量採用人臉識別開戶、轉賬、付款等，以招商銀行為例，人臉識別能夠實現手機端超過 50 萬的轉賬。

「蘋果的技術肯定是特別成熟的，否則它不會用的。而且現在雖然看似只是用人臉解鎖替代了登錄，但在未來還將與手機支付等應用關聯，這些都是與安全技術相關的。」趙京雷告訴機器之心。

紅外線掃描技術也存在局限性。高通專業人士曾表示，你身上穿戴的東西，如帽子或者圍巾，可能會讓該攝像頭系統無法正常運行。此外，專家稱，紅外光會被戶外明亮的太陽光壓過，因此臉部掃描系統在沙灘上可能沒那麼穩定。不過，專業人士仍然看好蘋果這一舉措。

「這個一個非常大的趨勢。因為手機作為非常大的交互設備，目前正在向著更加智能化的方向在走。...... 這次 iphone8 在前置攝像頭加入 3D Sensor 用於人臉解鎖，我非常看好這個應用。」趙京雷告訴機器之心。因為這個應用代表了整個交互認證，從配合式認證向非配合式認證的邁進。以往的識別手段，不管是指紋、密碼還是虹膜，都需要用戶去配合進行，但人臉是非常自然的。

「現在蘋果是在前置攝像頭加入 3D 攝像頭，後置攝像頭也引入了雙攝進行圖像拍照的優化。在未來，後置攝像頭也可能加入深度攝像頭，類似 AR 將虛擬和現實的融合的技術，在手機端也可能會迎來快速發展。我們是比較看好的。」趙京雷進一步表示。「2018 年將會是智能手機攝像頭技術取得巨大突破的一年。」高通產品經理菲利普-詹姆斯·雅各博維茨（Philip-James Jacobowitz）指出。

3、專用 AI 晶元。「看一眼」iPhone 10，瞬間解鎖屏幕。目前，人臉解鎖的速度已經可以達到毫秒級別，加上點亮屏幕和啟動攝像頭的時間。如此精準、高效的識別效果，離不開蘋果 AI 專屬晶元的功勞。

iPhone X 的「留海」里有許多感測器，用 3 萬多個點，以 3D 形式識別用戶面部，通過訓練神經網路建模、識別人臉。無論是換髮型、留鬍子、戴帽子還是光線強弱不同，都不影響系統識別。蘋果為此打造了 A11 Bionic 神經引擎。這個神經引擎使用雙核設計，每秒運算 6000 億次。面部數據都由 A11 引擎處理。為保證用戶的隱私，蘋果稱所有相關的運算都將在本地運行，不會被上傳到雲端。

早在今年 5 月，彭博社援引消息人士的說法稱，蘋果正在開發一款專用於人工智慧的晶元。蘋果內部將這款晶元稱作「蘋果神經引擎」，將有助於優化蘋果設備涉及人工智慧的任務，例如面部識別和語音識別的處理。據稱，蘋果未來將把人工智慧任務轉移至專用晶元，從而延長電池續航時間。

這次推出的蘋果 A11 內置了蘋果自研的 GPU，可用於輔助人臉識別、語音識別等 AI 應用，比上代產品快了至少 30%。蘋果 A11 晶元採用 6 核心設計，包括 4 個 Mistral 核心（4*2.5Ghz）和 2 個 Monsoon 核心，都具備獨立定址能力。iPhone 10 的續航時間也多出 2 小時（比較 7 系列手機）。

三、Animoji 和更有趣的 Siri

在這次發布會上，我們發現 Siri 更加多才多藝了，比如更自然的語音、實時翻譯、更精準的預測。另外，Siri 藉助機器學習，還能更了解用戶的興趣，可以據此推薦新聞、幫用戶回復消息等。

另外，我們還看到人臉 3D 追蹤系統的另一個有趣應用——動畫形象的合成 Animoji。追蹤面部超過 50 塊肌肉，可以用人臉表情創造有趣的動畫表情，還能錄製成短視頻。

在 iMessage 中，用戶可以將自己的表情、口型事實地附加到卡通形象上去。接著，用戶的卡通形象將作為動圖參與到聊天中來。在 SnapChat 中，用戶能夠使用蘋果的人工智慧技術為自己「戴上面具」。此外，iPhone X 的後置豎排攝像頭，也是為機器學習任務而設計。目前，該攝像頭能夠與機器學習技術合作，在按下快門之前實時地自動調參。

「AI 技術的大規模應用將帶來兩大賦能，一種是生產力的提升，一種是創造全新的交互方式。」商湯科技告訴機器之心。「視覺 AI 技術在手機中的應用，很大程度上將帶來的是後者——交互方式的創新。例如解鎖時，通過人臉解鎖；拍照時，通過智能演算法，來實現背景虛化、暗光增強等等；除上述場景外，AR 技術在手機上的應用，虛實結合，無論在娛樂、生活、辦公等場景下，都將帶來無限可能。」

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