滿屏黑科技！Google新機將實現隔空操控，或終結觸控時代？

Google（以下稱谷歌）潛心研發數年的手勢操控技術 Soli，可能會在今年 10 月首次搭載到谷歌新手機 Pixel 4 上。就在人們已經淡忘了這項在 2015 年的 I/O 開發者大會上首次亮相的技術時，它來了。

正常來說，谷歌 Pixel 系列新機在今年 9 月發布，在未公開之前，應該會對自家產品嚴格保密才對。但是今年有點不一樣，由於谷歌開始押注硬體和雲服務市場，這一次，谷歌決定採取積極主動的方式提前自曝 Pixel 4，寧可自己來爆料，也不讓其他第三方賺眼球。谷歌首次宣布，Pixel 4 將是該公司新一代旗艦級智能手機。

（來源：Google官方）

首先，谷歌發布了一個預告片，揭示了一個獨特的相機陣列和基本設計。在視頻中，首先顯示 Pixel 4 的解鎖功能，一位女性的臉部接近手機的正面，意欲面部解鎖。不久之後，她退後一步，用手在手機前揮動來控制音樂播放界面。

與此同時，谷歌在其官方博客揭秘，Pixel 4 新機將搭載兩大全新功能：

1、人臉識別：支持亞毫秒級的人臉識別解鎖，而非屏下指紋解鎖。通過新的演算法和感應器結合，並沒有使用上 3D 結構光景深技術。

2、隔空手勢操控：Pixel 4 將有一項名為「Motion Sense」的功能，也就是手勢識別，使用 Project Soli 毫米波雷達感測器，隔空手勢控制手機。

如果說人臉識別功能難以讓人興奮，那手勢操控絕對是一項噱頭十足的黑科技。如今，這個技術概念即將首先在 Pixel 4 手機上部署。這對當下所有電子設備廠商和消費者發出的一個重要預警信號：手勢操作感應，很可能是近在眼前的一項未來交互科技。

揮揮手就能操控手機

2015 年，谷歌先進科技與計劃部門（ATAP）宣布開展一個新項目，代號為 Soli，也就是現在所了解的毫米波雷達感測器，當時該項目致力於打造一個基於 60GHz 毫米波雷達技術的虛擬操控系統。利用雷達技術捕捉人的手勢，對機器進行操作，其精度可達亞毫米級別。當時，它作為一個黑科技概念走入公眾視野，人們並未對其有特別長遠的期待。

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但是經過近五年的研發之後，現在谷歌決定亮出這項技術的真面目。谷歌自家「親兒子」手機 Pixel 4 將成為使用 Soli 雷達系統的首個設備。提供全新的體感識別功能，結合感測器和演算法，通過雷達檢測，讓手機可識別手勢動作，可以控制手機，用戶揮揮手即可切換歌曲，控制鬧鐘，靜音撥入電話。谷歌表示，隨著 Pixel 的不斷優化，這些手勢控制也會隨之優化。

與市面上的絕大部分手勢和動作捕捉技術不同，Soli 使用的是毫米波雷達技術，而非 2D、3D 攝像頭或者紅外光。它的工作原理與大眾所熟悉的雷達原理相同：首先向一個區域發射電磁波，再接收物體反射回來的電波，加以處理、計算和分析。

當食指和拇指一張一合時，會模擬出按按鈕的動作，向目標發射電波；而雷達接收器將會收到信號，阻攔來自該目標的反射能量，來回摩擦下，模擬出旋轉旋鈕等執行性動作，而這些動作都會干擾電波返回的時間和速度。在收集電波規律並加以分析和計算後，系統就能夠識別出特定的運動模式，進而確定用戶所做的動作，發出響應控制指令。

雷達技術不是觸摸設備上的屏幕，而是實時跟蹤（捕捉）動作，並通過所做的動作來改變其信號。將手放在感測器前方，憑空做出特定動作，比如打個響指，就可以控制帶雷達的智能設備。它的操作演示是這樣的：

還有這樣的：

和這樣的：

有一種科幻電影的即視感。

Soli 雷達感測器的作用，其實是從一個雷達信號本身，形成設備對手勢識別的閉環鏈條。其使用的頻率極高，波長很短，60GHz 的頻率對應 5 毫米波長。因此 Soli 感測器能量較為集中，方向性強，抗環境干擾，可以集成在封裝內，輕易地穿過塑料外殼，捕捉毫米級別的手部動作變化，同時保證回波強度。

2018 年末，美國聯邦通信委員會（FCC）批准了谷歌的手勢操作感應系統，「Soli 項目」 所申請的頻段，允許它的毫米波雷達使用 57-64GHz，峰值等效全向輻射功率（EIRP）可達 13dBm。

在安全方面，谷歌也表示，Soli 感測器數據也會在用戶手機上處理，不保存或與其他 Google 服務共享，通過 Titan M 安全晶元的加持，保護並儲存於手機本地（而不是雲端）。另外，手勢識別功能只會向部分國家/地區提供，暗指如果雷達頻段與谷歌手勢不匹配，或者有部分地區監管部門不批准的話，這項技術很可能不會在手機上執行。

類似功能其實在此前的三星 Galaxy 手機上就存在，但非常難用，用戶需要打開相關設置，識別場景非常少，只能識別一些簡單動作，複雜得無法實現。後來由於系統簡化，將其功能刪除了。

目前，谷歌官方暫未說明這項功能的應用範圍，以及是否會在 Pixel 4 上預裝，還是後續進行軟體更新才會搭載，或許這個謎底將在 10 月發售時才會揭曉。

手勢操控 人臉識別=更快解鎖手機

相比手勢識別功能，面部識別已經不是什麼新鮮事了。前有 iPhone X，後有 OPPO Find X 3D 結構光識別的移動設備，這一項新技術已逐漸成為了很多用戶的日常所需，解鎖、支付、下載應用，「一看就成」。

但谷歌表示，Pixel 4 與其他手機的面部識別解鎖技術不太相同。首先就是 Pixel 4 將結合 Soli 感測器執行操作，當用戶的手接近到拿手機的距離時，Soli 會主動啟動面容識別感測器，並默認解鎖手機的界面。隨後，當演算法識別到用戶面部信息後會立即解鎖，並支持以任意角度拿著手機，即使手機是反向拿起的。谷歌表示，Pixel 4 的面部解鎖也可以用於安全支付和應用程序身份驗證中。

比較而言，iPhone 上的蘋果 Face ID 面容識別功能僅在手機垂直方向對準人臉的時候才有效，而 TrueDepth 景深攝像頭系統位於手機頂部，遮擋都無法正常識別解鎖，將設備完全抬起，以某種方式擺姿勢，等待它解鎖，然後滑動以進入主屏幕，這一動作略顯繁瑣。蘋果在 iPad Pro 中使用了相似的面容識別功能，僅多加了四個方向的解鎖方式，並未出現以雷達感應器工作的情況，這對於谷歌來說，是一項獨家的「黑科技」。

圖｜感測器和相機可在 Pixel 4 中實現 Motion Sense 和面部解鎖（來源：谷歌官網）

除此以外，谷歌還發布了 Pixel 4 設備頂部各種感測器和組件的樣圖，說明如何利用 Soli 感測器進行面部解鎖的。Pixel 4 手機屏幕上方有兩個用於面部解鎖紅外相機，一個環境光/接近感測器，一個 Soli 雷達感測器，一個點投影儀和一個面部解鎖照明燈。根據谷歌的說法，用戶的面部信息會保留在 Pixel 設備的 Titan M 安全晶元中，並且永遠不會離開用戶的手機。

非常有趣的是，科技網站 9to5Google 報道，谷歌正在通過外包形式，提供了 5 美元的獎勵支持，換取街上的人臉的面部數據，以幫助訓練 Pixel 4 面部識別系統的模型。街上的人被要求從口袋中取出 「修改後的 Pixel 3 XL」，這台手機是谷歌外包人員遞給他的，既能看到通知，同時還能獲取面部數據。當詢問這是什麼時，谷歌方面的員工只簡單說明，它是一款「未來」的谷歌產品。

而谷歌公司發言人在今天證實，換取面部數據的目的是確保 Pixel 4 可以使用多種面孔。包括生物特徵、面部識別等，減少具有性別和種族偏見的相關數據。此前亞馬遜推出的匹配面部演算法 Rekognition，因其存在種族偏見而受到抨擊。ACLU（美國公民自由聯盟）去年進行的一項測試發現，在掃描國會議員的照片時，Rekognition 錯誤地將 28 個人與警察的照片進行了對比。亞馬遜將結果歸咎於演算法校準不佳。而最終導致美國很多州政府陸續拒絕這項技術的落地。

Pixel 4 除了使用上 Soli 雷達感測器的面部識別，以及眾多數據模型處理的識別精準之外，Pixel 4 的面部識別速度和演算法是非常關鍵的。

近日，谷歌發布了一款專為移動 GPU 推理量身定製的輕巧且性能卓越的人臉檢測演算法BlazeFace。能夠在設備上以 200~1000 FPS 的速度運行，應用在多個人臉識別的場景中，這個演算法主打的是「超實時性能」。

圖｜紅色代表 BlazeFace 輸出；綠色代表任務特定的模型輸出（來源：谷歌論文）

谷歌在 Arxiv 網站上發表了相關論文，介紹了這項演算法技術成果。據悉，這套演算法將基於 AR 技術來進行人臉檢測，由於人臉與設備之間擁有不同的焦距，提前通過前置和後置攝像頭的 AR 拍攝，構建面部模型，及時捕獲物體尺寸和大小。BlazeFace 將生成 6 個面部關鍵點坐標，包括眼睛、耳朵、嘴的中心和鼻尖，通過錨點方式進行連接，以便估計人類面容的旋轉角度。這樣的設置可以使面部識別可以在各種方向上正常運行。

在演算法層面，谷歌採用一種混合解析度策略代替抑制演算法，以重疊預測之間的加權平均值估計邊界框的回歸參數，提高人臉識別的準確度和速度，通過連續輸入目標輕微偏移的圖像來量化抖動量，提高每次輸入識別數據的精準度，縮短整個面部識別時間過程。

雖然谷歌並未在論文中指明，該技術是否會在 Pixel 4 上應用，但可以預見的是，這種演算法正在被谷歌進行不斷測試，可能會在今年的 Pixel 產品中首次實現。

谷歌的 Made by Google 戰略

自 Pixel 系列誕生以來，谷歌 CEO 「劈柴哥」(桑達爾·皮查伊）愈加重視谷歌自研技術和落地效果，從雲服務和硬體產品的投入力度可見一斑。在剛剛過去的谷歌母公司 Alphabet 第二季度財報中，「劈柴哥」表示，隨著 Pixel 3A 在 5 月的推出，第二季度的 Pixel 等硬體產品的銷售額，同比增長超過兩倍。

相比之前一年一新機的策略，今年這種 6 月發布性價比 Pixel A 系列新機，9 月發布 Pixel 數字旗艦手機的策略得以順利實施。從市場和宣傳反饋上來說，「一年兩款新機」的確是谷歌非常不錯的戰略選擇。此前羅永浩在接受羅振宇採訪時表示，在手機這個紅海市場中，三個月是一款安卓手機的宣傳和發售結點。

（來源：谷歌官方）

2015 年，當「劈柴哥」擔任谷歌公司 CEO 之後，提出了「Made by Google」的口號，通過 AI 技術 硬體 軟體操作系統，形成沒有代工廠標示的 Pixel 手機、Pixel C 平板，並且發布 VR、智能家居等多款自主研發的終端設備，開啟了自主生產、研發之路。

過去四年，從市場反饋上來看，新的 Pixel 系列設備開始有了更多的意義，通過軟硬體技術的一體化生產，給手機行業帶來更多的發展前景，形成安卓設備的終極標準。比如谷歌 Titan 和 Titan M 安全晶元，就是一個非常典型的例子。

圖｜Titan (左）Titan M (右)（來源：谷歌官網）

Titan M 安全晶元在硬體規格上，使用 Arm Cortex-M3 內核，採用自研的演算法，其前身 Titan 晶元應用在數據中心場景中，而後，通過寫入最新版的安卓操作系統，搭載在 Pixel 系列手機上，防止受到惡意軟體或黑客的硬體攻擊，還可以保存用戶的密鑰，安全可靠。

在今天發布的官方聲明中，谷歌強調，「安全和隱私是 Pixel 的核心原則」。

為了保護用戶隱私和安全，數據都會安全地存儲在 Pixel 的 Titan M 安全晶元中。這一個 Google 自主研發的軟硬體產品，更靈活地使用在 Pixel 手機當中。

從 Made by Google 戰略中，大眾可以明顯感知到，谷歌對於技術的不斷探索，軟硬體結合已經形成了該公司發展的「護城河」。但與此同時，隱私、壟斷等詞語也伴隨著谷歌公司的發展，這實在令人擔心啊。

不管怎麼說，這次 Pixel 4 新機在技術上的亮點頗多，非常值得期待。外媒預計，Pixel 4 將於今年 10 月發布。在此之前，Note 10、新 iPhone 都將陸續登場。

手勢操控功能，能否幫助 Pixel 4 虜獲更多消費者的心，需要市場檢驗；但 Soli 技術落地，帶來的更大猜想就是，它會不會引領一波顛覆式更新，革了觸摸屏的命呢？

-End-

作者：林志佳，Ren

參考：

https://www.blog.google/products/pixel/new-features-pixel4/

https://atap.google.com/soli/

https://www.theverge.com/2019/7/29/8934770/google-pixel-4-face-unlock-project-soli-hand-motion-fingerprint-sensor

https://www.zdnet.com/article/google-details-pixel-4-motion-sense-face-unlock-features/

https://9to5google.com/2019/07/29/google-face-data-pixel-4-collection/

https://security.googleblog.com/2018/10/building-titan-better-security-through.html

https://arxiv.org/pdf/1907.05047v1.pdf

https://www.fonearena.com/blog/142896/google-announces-project-soli-a-radar-based-gesture-control-technology.html

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