快递柜“刷脸取件”已被小学生破解，其他的刷脸系统可靠吗？
十年前，当小编还是一个初级工程师的时候，就曾在笔记本电脑上安装了人脸识别系统，当时笔记本电脑自带的人脸识别系统就是靠对比存储在电脑里的照片来进行认证的。记得为了提高安全性，小编还特意去下载了一个需要眨眼睛，摇头等附加动作的识别软件，不然只需要一张照片就能通过验证了。
十年过去了，人脸识别技术已经有了翻天覆地的变化，按道理来说现在的人脸防伪算法应该可以防住照片、电子照片等平面假人脸的。可是，小编还是看到了一则新华社的报道，嘉兴市上外秀洲外国语学校402班科学小队，在一次课外科学实验中竟然也是用一张打印的照片打开了小区里的丰巢智能柜，取出了他们父母的货件。
图1：小学生们用打印的照片打开了快递柜门。
收到爆料的《都市快报》好奇实验室的记者进行了验证，验证结果跟小学生们的实验完全一致。虽然《都市快报》的报道里说丰巢智能柜在微博进行了回应，但小编在丰巢智能柜的新浪微博上却没找到相应的回应，有可能是被删除了吧。
图2：《都市快报》文章内的丰巢智能柜回应。
或许我们放在快递柜内的货件并不是什么很值钱的东西，不需要那么高的安全性，但是如今“刷脸”不仅限于快递柜，还有户政办事预约、刷脸支付、刷脸门禁、人脸解锁、人脸登录、智能门锁、酒店入住、银行办理业务等等……可以说我们在生活中做很多事情都需要“刷脸”了，这些看似为了增加安全性的刷脸系统真的可靠吗？
人脸识别分为2D和3D
其实，目前的人脸识别技术可以分为两大类，基于2D人脸图像和基于3D人脸图像的人脸识别系统。真正安全级别较高的是3D人脸识别系统，2D人脸识别系统就像小编十多年前玩的那个一样，安全性是很一般的。不过目前3D摄像头的成本较高，一般企业基于成本方面的考虑一般都选用2D的人脸识别系统。
3D人脸是在2D人脸识别的基础上加入了立体深度感知信息，从而让机器同人类一样具备三维感知的能力。3D人脸识别与2D人脸识别相比具有的优势如表1所示。
表1：3D图像相对于2D图像识别的优势。（电子发烧友绘制）
目前3D人脸识别技术也分为多种，有双目成像、3D结构光、ToF和双目散斑结构光等技术，其各自的优缺点如表2所示。
表2：四种3D人脸识别技术的性能对比。（电子发烧友绘制）
根据Yole统计的数据，3D人脸识别应用市场规模到2023年将增长至185.2亿美元，2017年至2023年的年复合增长率将达44%，其中消费、汽车和工商业为其主要应用领域。
图3：Yole认为3D人脸识别应用市场将会快速增长。（数据来源：Yole）
在终端厂商中，苹果是最为执着的，技术储备也最为丰富，其iPhone X系列、最新的iPhone11系列，以及iPad Pro都搭载了3D人脸识别系统。
国内终端厂商华为也在Mate 20 Pro采用了3D结构光技术。通过3D深度感应技术，捕捉面部立体特征数据，从而准确低记录人脸信息，达到更快速地进行准确识别。其3D 结构光的原理，是Mate 20 Pro 在录制人脸数据时，前置的散斑投射器，将 30000 个不可见的小光点，投射到人脸的各个特征结构上，以获得面部深度信息；同时红外补光灯开启，获得人脸的特征信息。系统再通过红外相机拍摄和分析这些信息，从而获得精准的人脸数据。
图4：华为Mate20pro的3D人脸识别系统。
每次需要解锁时，手机会通过红外相机、散斑投射器和红外补光灯捕捉人脸数据，再与系统内的人脸信息进行比对，如果一致，则机主身份确认，手机成功解锁。
此外，还有OPPO Find X、荣耀Magic 2，小米8探索版等采用了结构光技术。
不过据一些公开资料显示，最新的华为Mate30pro则并没有采用结构光技术，而是使用了ToF技术。
3D人脸识别模块玩家
为了获取3D人脸信息，结构设计和算法实现也很复杂。以OPPO Find X的结构光为例，主要光学硬件包括发射端和接收端两个部分，还有一个Flood illuminator模组用于人脸识别之前的粗测，核心零部件包括VCSEL芯片、准直镜头、DOE、窄带滤光片和红外CMOS等。
图5：OPPO Find X 3D结构光系统。（数据来源：SITRI，东吴证券研究所）
从中我们可以看到OPPO Find X的3D人脸识别模组来自奥比中光，奥比中光拥有3D传感的多项核心技术，包括3D传感系统、芯片设计、SDK等，同时它也是国内一家能大批量量产3D传感摄像头的厂家。从硬件综合实力来看，奥比中光算是国内翘楚。
目前奥比中光自主研发的3D传感摄像头器件包括Astra、AstraPro、AstraMini、AstraS、AstraMiniS、AstraP等产品。其3D感知芯片也发展到了第三代，最新一代的产品是MX6300，该芯片支持人脸解锁、安全支付、3D美颜、3D扫描建模等应用。
小米8探索版采用了来自以色列Mantis Vision公司的3D结构光技术。该技术与苹果的结构光解决方案不同，却别主要在于点阵投影器。编码方式也比苹果的散斑方式更快速地匹配特征点，减少了3D信息计算量，降低了结构光算法功耗。
另外，英特尔的Realsense也是3D人脸识别应用中的一个常用解决方案。该方案开始比较多地被应用在了无人机防撞系统上，现在也开始应用在其他一些领域，比如智能门锁、人脸支付，人脸识别门禁等应用领域。
就在前不久，国内的初创企业小钴科技还与英特尔签署了战略合作备忘录，帮助英特尔的Realsense产品落地，据小钴科技创始人兼CEO陈俊逸介绍，小钴科技在11个月的时间里，与英特尔Realsense团队合作打造了7款落地产品，并预计今年还将有3到4款落地产品推出。
7款落地产品包括AlpaLook EYE深度模组，该模组与以往的Realsense摄像头不同，无论是体积、稳定性、一致性上都有很大的提升，精度上可以达到0.1毫米的误差。
AlphaLook 3D人脸模组，则首次集成了英特尔两颗AI视觉芯片：英特尔RealSense与Movidius。
内置AlphaLook 3D模组的人脸识别锁，能防止“好莱坞”级别的高度仿真3D打印/硅胶面具的伪造；对用户3D人脸数据的强加密，注重用户隐私和安全。同时，受益于英特尔RealSense，即使是在户外的强光下， AlphaLook 3D人脸识别锁也能准确识别室内和室外、低光和背光等环境，解决了人脸识别行业的巨大挑战。为了更好地符合家庭使用场景，AlphaLook 3D人脸识别锁可以在用户无配合情况下兼容从1.2米到1.9米身高。
陈俊逸表示，相比其它人脸识别算法，3D双目散斑结构光解决方案具有三大优势：
1、在保证识别准确率的情况下，渗透15度的一个姿态完整，同时可以兼容眼镜、墨镜、帽子等一些饰物的影响。2、得益于双目技术，可以不受光线影响，在室外光、暗光，还有强光下均可使用。3、精度可以提高，可以做到2D算法的误识率的1%。
ToF解决方案的提供者主要有英飞凌、意法半导体等厂商。
其实3D人脸识别解决方案除了硬件，算法也更为复杂，一方面，由于数据量庞大，需要使用专用ASIC进行计算，ASIC芯片也可以与主芯片集成；另一方面，识别时，人脸与传感器距离较远，光路中有大量的噪声，如何去除这些噪声对识别率的影响，算法至关重要。
目前提供3D人脸识别算法的企业也很多，比如国内的旷视科技、商汤科技，以及云从等。
结语
早在20世纪50年代，科学家们就已经开始了对人脸识别的研究，60年代开始了人脸识别的工程化应用。当时主要利用了人脸的几何结构，这种方法简单直观，但一旦人脸姿态、表情发生变化，精度就严重下降。从2D到3D，人脸识别解决方案越来越先进，安全性越来越高，但还是希望企业要么不适用人脸识别系统，要么就使用安全性经得起考验的解决方案，不要为了噱头和成本的原因，采用技术不过关的人脸识别系统，这样会害人害己的。