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全面屏手機時代,指紋識別要何去何從?

去年 11 月,小米在發布第一代 MIX 手機的時候,提出了「正面全是屏幕」的「全面屏」概念,用來描述手機正面超高的屏占比。之后,全面屏這個名詞逐漸被手機行業的從業人員和普通消費者所接受,廣泛地用來描述那些采用較長比例的屏幕面板(通常在 18:9 左右)同時屏占比較高的手機。

到了今年下半年,隨著三星 Galaxy Note8、小米 MIX 2、iPhone X、vivo X20 等產品的推出,全面屏已經儼然成為了手機行業里最熱門的詞匯。

不過全面屏在為用戶帶來更加優秀的視覺體驗的同時,也帶來了一個問題:手機無法采用前置指紋。

全面屏和指紋識別的矛盾

2013 年 9 月,蘋果在 iPhone 5s 上首次搭載了前置按壓式的指紋識別方案。之后的幾年里,位于屏幕面板下方的前置指紋識別逐漸成為了智能手機的「標配」,目前除了少數產品在使用后置指紋以及一直采用側面指紋的索尼,目前絕大多數智能手機采用的都是前置指紋識別方案。

不過到了全面屏手機時代,為了在尺寸基本保持不變的情況下「塞」進去更大更長的屏幕,手機廠商需要通過大幅度縮減手機上下邊框的方式來提高屏占比,這就導致手機的「下巴」部分沒有足夠的空間來增加前置指紋模塊。

全面屏手機時代,指紋識別要何去何從?

夏普 AQUOS S2

當然,非要全面屏上強行加前置指紋也不是不可以,但做出來基本就是夏普 S2 這個樣子,正面指紋是有了,但「下巴」也長了,降低了屏占比,讓手機的前面板看上去不那么「全面」。除了夏普 S2 這一款產品,目前還沒有那家廠商選擇在全面屏手機上「硬上」前置指紋。

全面屏手機時代,指紋識別要何去何從?

索尼 Xperia XZ Premium

至于不少手機愛好者念念不忘的側面指紋,由于體積和厚度的限制,也基本上和全面屏手機無緣。根據我們得到的消息,目前唯一在使用側面指紋的索尼,在明年的全面屏手機上也極有可能放棄側面指紋方案。

折騰了一圈,在現有的技術下,想要在全面屏手機搭載指紋識別,就只剩下后置指紋這一條路可以走了,而后置指紋也不出意外地成為了目前絕大多數全面屏手機的選擇,雖然很多用戶并不喜歡后置指紋。

其實,原本將指紋識別模塊置于屏幕下方的屏下指紋本應該是全面屏時代最完美、最無縫的指紋識別方案。

不過遺憾的是,無論是匯頂科技、Synaptics、蘋果(來自 2012 年收購的 AuthenTic)為代表的光學指紋方案(原理類似于我們生活中常見的考勤機、門禁),還是高通主導的超聲波屏下指紋方案,在現階段都停留在「PPT」或者原型機的 demo 階段,沒有任何一家的方案可以量產。此外,隨著蘋果在 iPhone X 上放棄了的光學指紋,屏下指紋的前景變得更加撲朔迷離。

未來的全面屏手機只能采用后置指紋嗎?

技術的演進是無止盡,全面屏關掉了正面指紋這扇門,但打開了另外一個窗戶——人臉識別。

全面屏手機時代,指紋識別要何去何從?

人臉識別在手機上并不是什么新鮮事物。早在 2011 年發布的 Android 4.0 中,Google 就在 Android 系統中集成了原生的人臉識別解鎖功能,并在隨后的 Android 5.0 中對這個功能進行了大量的優化。不過無論是解鎖的速度、成功率還是安全性,Android 原生的人臉識別解鎖都不太靠譜,基本上是一個「逗你玩」的小功能。

在全面屏手機上,第一個在人臉識別上做嘗試的是三星。

全面屏手機時代,指紋識別要何去何從?

在今年三月發布的 Galaxy S8/S8+,三星提供了多達三種生物解鎖方式:后置指紋、前置虹膜以及人臉識別。

雖然同樣基于前置攝像頭,但相比起以往不少手機「實驗性」的人臉識別功能,三星 Galaxy S8/S8+ 人臉識別在速度上有了明顯的提高,很多時候可以直接「秒解」。

不過 Galaxy S8/S8+ 的人臉識別體驗依然不夠完善,主要問題是對識別時的角度和光線的要求較高,如果識別時的角度和錄入時不一致,或者光線反差較大,就會有不小的概率無法解鎖。在安全性上,Galaxy S8/S8+ 也還有不小的提升空間。雖然不至于隨便用一張自拍照就能騙過手機,但用戶通過使用照片甚至是另一部手機屏幕上的自拍,在不少時候依然可以騙過手機,成功解鎖手機。

但和很多新功能一樣,技術的進步可以迅速地彌補體驗上的缺陷,手機人臉識別也是如此,這里我們有必要提到一部非全面屏手機——小米 Note 3。

和前置指紋同樣快的人臉識別

小米 Note 3 是小米在 9 月 11 日的發布會上和 MIX 2 同時發布的新品,它并沒有采用 MIX 2 那樣的全面屏設計,而是采用了常規的前置指紋識別,不過除此之外,小米 Note 3 還提供了人臉識別功能。

全面屏手機時代,指紋識別要何去何從?

有意思的是,小米 Note 3 上這個看上去似乎沒那么起眼的「附加」功能,卻把人臉識別的體驗帶到了另外一個層次。

相比三星在 S8/S8+ 采用的人臉識別功能,小米 Note 3 有幾個明顯的改進。

第一是對距離和角度的要求更低。使用小米 Note 3 的人臉識別時,基本只要人臉在前置攝像頭的拍攝范圍內,同時外界的光線沒有很差,小米 Note 3 基本都可以做到「秒解」,這意味著用戶在使用時基本不用考慮姿勢的問題,明顯提高了人臉解鎖的成功率。

第二是暗光下的優化。在外界光線較差的情況下,小米 Note 3 可以通過屏幕的光線對人臉進行補光,完成人臉的識別,當然,這時候識別的成功率和速度會有明顯的下滑。

第三是更安全。雖然依然是基于 2D 的圖像數據,但小米 Note 3 通過算法上的調整可以對解鎖對象進行判斷,比如說在錄入人臉數據時,使用手機屏幕上的自拍以及普通的照片是無法進行錄入的,解鎖時自然也無法用自拍照或照片來破解,此外,小米 Note 3 還可以識別眼睛的狀態,只有睜開眼的時候才可以解鎖,在閉眼時是無法解鎖。

這些改進疊加在一起,讓小米 Note 3 人臉識別的可用性有了明顯的提升。對于那些安全性上沒有特別高要求的用戶,無論是識別速度還是識別的成功率,小米 Note 3 上人臉識別解鎖手機的體驗在大部分場景下已經可以媲美傳統的前置指紋解鎖。套用現在挺流行的數字命名法,三星 Galaxy S8/S8+ 是「人臉識別 1.0」,小米 Note 3 可以說是做到了「人臉識別 2.0」。

更加值得一提的是,而是和三星 S8/S8+ 的人臉識別一樣,小米 Note 3 的「人臉識別 2.0」也不需要任何額外的硬件,而是完全依靠傳統的前置攝像頭進行人臉數據的采集和識別。之所以會在體驗上有如此大的差別,靠的是算法上的改良,小米 Note 3 的人臉識別采用的是國內曠視科技旗下的 Face++ 視覺服務平臺提供的方案,其背后是基于深度學習的計算機視覺領域的發展(又是一個被人工智能所影響和改變的領域)。

對手機廠商來說,這意味著在可以在不增加硬件研發和制造成本的前提下,為手機增加一個非常實用(尤其是對沒有前置指紋的全面屏手機來說)的功能。根據我們的了解,除了小米 Note 3,未來一段時間里,會有多款手機采用基于國內 AI 公司的人臉識別方案,其中包括了剛剛發布的全面屏手機 vivo X20,它的技術同樣來自 Face++。而對用戶來說,優秀的人臉識別功能意味著在使用全面屏手機,可以不需要習慣后置指紋。

不過另一方面,由于這種基于前置攝像頭采集的人臉識別在安全性上相比傳統指紋還有所差距,為了實現對安全級別要求更高的支付驗證,后置指紋依然會繼續存在于全面屏手機上,和前置人臉識別共同成為未來一段時間 Android 全面屏手機的「標配」。

3D 人臉識別:取代指紋識別的終極形態

算法上的進步讓基于前置攝像頭的人臉識別體驗獲得了絕大的改進,讓人臉識別具備了在部分場景下取代指紋識別的能力,不過人臉識別想要更進一步,去完全取代指紋識別的話,還需要彌補兩個方面的缺陷:第一是暗光以及黑暗環境下的解鎖,第二是提高安全系數,做到指紋級別的安全。

做到第一點并不困難,加一個紅外攝像頭就行了,至于第二點,蘋果在 iPhone X 上已經拿出了解決方案——Face ID。

全面屏手機時代,指紋識別要何去何從?

相比上面提到的基于前置攝像頭 2D 平面數據的人臉識別,Face ID 最大的區別是多了增加了深度數據。iPhone X 額頭上的「齊劉?!共糠职颂O果自己研發的原深感攝像頭模組,可以通過類似 Kinect 的散斑結構光方案,獲取深度數據,從而構建出人臉的 3D 模型,配合對應的算法,可以從根本上杜絕了使用 2D 的圖像或視頻進行解鎖的可能性,大大提高了安全性(蘋果的表示誤識別率只有百萬分之一)。

由于 iPhone X 還需要一個多月才會上市,我們現在還無法獲知 Face ID 的實際體驗究竟如何。不過考慮到蘋果以往在新技術上穩妥的策略(不真正做好基本不會拿出來用),Face ID 的解鎖體驗應該至少不會比 Touch ID 有明顯的落差。至于安全性,考慮到蘋果已經允許 Face ID 用于 Apple Pay 支付,足以證明它的安全性不是問題,畢竟在支付安全這方面,沒有哪家廠商敢「玩火」。

全面屏手機時代,指紋識別要何去何從?

Animoji

此外,有了人臉的 3D 數據,iPhone X 還可以實現一些實用的功能,比如自拍時的背景虛化、更高級別的人像美顏以及 Animoji 這樣的實時的臉部行為捕捉,這也是 3D 人臉識別相較于只能做對錯識別的傳統指紋識別的一個優勢。

由于 Face ID 這種 3D 人臉解鎖的硬件方案較為復雜且成本高,算法也不容易做,安卓陣營短期內很難跟進。根據我們的了解,安卓陣營最快也需要等到明年下半年才可能有旗艦機采用類似 Face ID 的 3D 人臉識別技術,在中低端手機中普及需要更久。

不過真到了 3D 人臉識別技術開始在 Android 手機中普及的時候,可能也就意味著傳統指紋識別在智能手機中會走向「末路」,畢竟當人臉識別可以做到和指紋一樣方便、一樣安全(甚至更安全)并且還能提供其他附加功能的時候,我們為什么還需要指紋識別?

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