Kaip iPhone Face ID atpažįsta veidą tamsoje

Kai ekranas užsiveria, prasideda magija

Turbūt daugelis esate pastebėję keistą dalyką – jūsų iPhone’as atpažįsta jūsų veidą net visiškoj tamsoj, kai normaliai net savo rankos nematytumėte. Kaip tai įmanoma? Juk įprastos kameros tamsoje yra beveik nenaudingos. Atsakymas slypi technologijoje, kuri veikia visai kitaip nei mūsų akys ar tradicinės fotokameros.

Face ID sistema nėra paprasta kamera, kuri tiesiog nufotografuoja jūsų veidą. Tai sudėtingas technologijų rinkinys, kuris veikia panašiai kaip šikšnosparnių echolokacija, tik vietoj garso bangų naudoja šviesą, kurios mes nematome. Visa sistema telpa toje mažoje juodoje juostelėje viršuje, kurią Apple vadina „Dynamic Island” arba tiesiog išpjova ekrane senesnėse modeliuose.

Infraraudonieji spinduliai – nematomasis raktas

Pagrindinis Face ID veikimo principas remiasi infraraudonąja šviesa. Tai elektromagnetinės spinduliuotės tipas, kurio žmogaus akis tiesiog nemato, bet jis egzistuoja ir puikiai veikia tamsoje. Kai pakeliate telefoną arba paliečiate ekraną, Face ID sistema akimirksniu išspjaudo jūsų veido kryptimi tūkstančius mažyčių infraraudonųjų taškų.

Šie taškeliai sukuria tai, ką inžinieriai vadina „struktūrizuotu šviesos projekcija”. Įsivaizduokite, kad ant jūsų veido užmetama nematoma tinklelio tinklelių danga. Kiekvienas taškelis keliauja skirtingą atstumą – vieni atsimušą į nosį, kiti į skruostus, treti į kaktą. Kadangi visi šie veido elementai yra skirtingame gylyje ir kampuose, infraraudonieji taškeliai atsispindi skirtingai.

Visa tai vyksta per kelias milisekundes. Jūs net nespėjate suprasti, kad kažkas įvyko, o telefonas jau surinko visą reikiamą informaciją. Ir svarbiausia – tai veikia vienodai gerai tiek ryškioje saulės šviesoje, tiek vidury nakties, nes sistema pati sukuria reikiamą šviesą.

TrueDepth kamera – daugiau nei tik objektyvas

Visa Face ID sistema oficialiai vadinama TrueDepth kamera, nors tai gerokai daugiau nei paprasta kamera. Ten, toje mažoje viršutinėje dalyje, sumontuoti keli atskiri komponentai, kurie dirba kartu kaip simfoninis orkestras.

Pirmiausiai yra infraraudonųjų spindulių projektorius – tai tas įrenginys, kuris išmeta tuos tūkstančius taškų ant jūsų veido. Šalia jo įrengta infraraudonųjų spindulių kamera, kuri „mato” tuos atsispindinčius taškus. Dar yra papildomas infraraudonųjų spindulių šviestuvas, kuris apšviečia veidą bendresne šviesa – tai padeda sistemai geriau suprasti veido kontūrus.

Taip pat ten yra ir įprasta kamera, kuri naudojama paprastoms nuotraukoms ir video skambučiams. Bet Face ID atpažinimui ji nenaudojama – visas darbas atliekamas infraraudonųjų spindulių spektre. Tai reiškia, kad net jei būtumėte apsitepę veido kauke, užsidėję ryškų makiažą ar tiesiog stovėtumėte tamsoje, sistema vis tiek matytų jūsų veido trijų dimensijų struktūrą.

Kaip telefonas išmoksta pažinti būtent jūsų veidą

Kai pirmą kartą nustatote Face ID, telefonas prašo jūsų lėtai pasukti galvą ratu. Tai ne tik formalumas – šiuo metu sistema nuskaito jūsų veidą iš daugybės skirtingų kampų ir sukuria labai detalų trijų dimensijų žemėlapį. Šis žemėlapis fiksuoja ne tik paviršiaus kontūrus, bet ir gylį, atstumą tarp akių, nosies formą, lūpų padėtį ir daugybę kitų unikalių jūsų veido bruožų.

Įdomiausia tai, kad šis 3D žemėlapis saugomas jūsų telefone specialiame saugumo lustelyje, vadinamame Secure Enclave. Šie duomenys niekada nepalieka jūsų telefono – jie nesiunčiami nei į Apple serverius, nei į jokią debesų saugyklą. Net pačios aplikacijos negali gauti prieigos prie šios informacijos. Telefonas tiesiog praneša „taip, tai tas pats žmogus” arba „ne, tai ne savininkas”.

Sistema nuolat mokosi ir prisitaiko. Jei truputį pasikeitėte – užsiauginote barzdą, pasikeitėte šukuoseną, užsidėjote akinius – Face ID pamažu atnaujina savo žemėlapį. Tai vyksta automatiškai, kai sėkmingai atrakinate telefoną įvedę slaptažodį po nesėkmingo Face ID bandymo.

Kodėl nuotrauka ar kaukė neapgaus sistemos

Daugelis žmonių klausia – o kas, jei kas nors pabandytų atrakinti mano telefoną laikydamas mano nuotrauką? Čia ir atsiskleidžia trijų dimensijų skenavimo genialumas. Nuotrauka yra plokščia – ji neturi gylio. Kai Face ID sistema išmeta tuos tūkstančius infraraudonųjų taškų, jie visi atsispindi nuo nuotraukos vienu metu, tuo pačiu atstumu. Tikras veidas turi nosį, kuri kyšo į priekį, įdubusias akis, iškilusius skruostus.

Apple inžinieriai net sukūrė realistiškiausias veido kaukes pasaulyje, bandydami apgauti sistemą. Naudojo profesionalius Holivudo kaukių gamintojus, tikslias 3D spausdintas kopijas. Ir vis tiek Face ID nepavyko apgauti įprastomis priemonėmis. Sistema analizuoja ne tik statišką formą, bet ir mažus judesius – kaip jūsų oda reaguoja į šviesą, kaip šešėliai krinta ant veido.

Yra vienas žinomas atvejis, kai identiški dvyniai gali atrakinti vienas kito telefonus. Tai nėra sistemos klaida – tiesiog jų veido struktūra yra tokia panaši, kad net pažangiausios technologijos negali jų atskirti. Bet tokių atvejų yra itin mažai, ir net su dvyniais sistema kartais suveikia teisingai, ypač jei jie šiek tiek skiriasi amžiumi ar veido išraiška.

Veikimas su kaukėmis ir aksesuarais

COVID-19 pandemijos metu Apple susidūrė su netikėta problema – žmonės nešioja medicininės kaukes, ir Face ID neveikia. Pirmasis sprendimas buvo paprastas – jei sistema aptinka kaukę, iš karto siūlo įvesti slaptažodį. Bet vėliau, su iOS 15.4 atnaujinimu, inžinieriai sugebėjo pritaikyti sistemą atpažinti žmones net su kaukėmis.

Kaip tai veikia? Sistema dabar sutelkia dėmesį į akių sritį – analizuoja akių formą, atstumą tarp jų, antakių padėtį ir kitas charakteristikas aplink akis. Tai mažiau saugus metodas nei pilnas veido skenavimas, todėl sistema prašo papildomos patvirtinimo, ir ši funkcija veikia tik su naujesniais iPhone modeliais, kurie turi galingesnius procesorius.

Akiniai, kepurės, šalikai – visa tai paprastai nekliudo Face ID veikimui. Sistema mato pro akinių stiklus (nebent tai būtų labai tamsūs saulės akiniai), ir ji analizuoja pakankamai daug veido dalių, kad kepurė ar šalikas nesutrukdytų. Kai kurie žmonės netgi gali atrakinti telefoną gulėdami lovoje su veidu įspaustų į pagalvę – kol sistema mato pakankamai charakteringų bruožų, ji atpažįsta savininką.

Saugumo aspektai ir privatumas

Apple teigia, kad atsitiktinai parinktam žmogui pavyktų atrakinti jūsų telefoną su Face ID yra 1 iš 1,000,000 tikimybė. Palyginimui, Touch ID (pirštų atspaudų skaitytuvas) turi 1 iš 50,000 tikimybę. Tai didelis skirtumas, ir jis pasiekiamas būtent dėl trijų dimensijų skenavimo sudėtingumo.

Bet yra viena svarbi detalė – jei kas nors žino jūsų slaptažodį, jis visada galės patekti į telefoną. Face ID yra patogumas, bet slaptažodis lieka pagrindiniu saugumo raktu. Todėl svarbu turėti stiprų slaptažodį, ne tik keturženklį PIN kodą.

Kai telefonas yra išjungtas arba nebuvo atrakinta ilgiau nei 48 valandas, Face ID neveiks – privalėsite įvesti slaptažodį. Tai saugumo funkcija. Taip pat galite greitai išjungti Face ID paspausdami mygtuką kombinaciją (skirtingą priklausomai nuo modelio), kas praverčia ekstremalių situacijų metu.

Vienas dažnas klausimas – ar Face ID veikia, kai miegate? Techniškai taip, bet sistema reikalauja, kad jūsų akys būtų atviros ir žiūrėtų į telefoną. Yra nustatymas „Require Attention for Face ID”, kuris įjungtas pagal nutylėjimą. Tai reiškia, kad kas nors negali tiesiog prikelti telefoną prie jūsų veido, kol miegat – jūs turite sąmoningai žiūrėti į jį.

Technologijos evoliucija ir ateities perspektyvos

Pirmasis Face ID pasirodė 2017 metais su iPhone X. Nuo to laiko technologija nuolat tobulėjo, nors pagrindiniai principai išliko tie patys. Naujesni modeliai turi greitesnius procesorius, kurie gali apdoroti skenavimo duomenis akimirksniu, ir patobulintas kameras, kurios veikia iš didesnių kampų.

Įdomu tai, kad panaši technologija dabar naudojama ne tik telefonuose. iPad Pro modeliai turi Face ID, ir jis veikia bet kokioje orientacijoje – ar laikytumėte planšetę vertikaliai, ar horizontaliai. Tai reikalavo papildomų inžinerinių sprendimų, nes sistema turi atpažinti veidą iš bet kokio kampo.

Kitos kompanijos taip pat bando kurti panašias sistemas, bet daugelis jų naudoja paprastesnius metodus – tik 2D vaizdų atpažinimą arba mažiau tikslų 3D skenavimą. Apple investavo didžiules sumas į TrueDepth technologijos kūrimą, ir tai matyti rezultatuose. Sistema veikia greitai, patikimai ir saugiai.

Ateityje tikėtina, kad Face ID technologija taps dar kompaktiškesnė. Apple nuolat dirba ties tuo, kaip sumažinti tą juodą juostelę ekrano viršuje. Galbūt kada nors visa sistema tilps po ekranu, ir telefonai turės visiškai nepertraukiamą ekraną. Jau dabar naujausiuose modeliuose ta vieta tapo mažesnė ir integruota į „Dynamic Island” dizainą.

Kai technologija tampa nematoma

Gražiausia Face ID technologijos dalis yra ta, kad jūs apie ją net negalvojate. Pakeliate telefoną, pažiūrite į jį, ir jis atsirakina. Nereikia spausti jokių mygtukų, braukti pirštų, įvesti kodų. Visa tai vyksta taip sklandžiai ir greitai, kad tampa natūralia telefono naudojimo dalimi.

O tas faktas, kad visa ši magija veikia tamsoje, tik pabrėžia technologijos išmanymą. Infraraudonieji spinduliai, tūkstančiai projektuojamų taškų, trijų dimensijų žemėlapiai, dirbtinio intelekto algoritmai – visa tai dirba fone, kol jūs tiesiog norite patikrinti pranešimus vidury nakties.

Žinoma, jokia technologija nėra tobula. Kartais Face ID nesuveikia – gal per didelis kampas, gal per daug saulės šviesos, gal tiesiog keistas apšvietimas. Bet tokių atvejų būna vis mažiau su kiekviena nauja telefono karta. Ir net kai nesuveikia, visada lieka slaptažodis kaip atsarginė galimybė.

Taigi kitą kartą, kai atrakinsit savo iPhone tamsoje, prisiminkite – jūsų veidas tą akimirką yra apšviečiamas tūkstančiais nematomų infraraudonųjų taškų, kurie per milisekundes sukuria jūsų veido 3D žemėlapį ir palygina jį su saugiai telefone laikomu originaliu. Tai mokslinės fantastikos technologija, kuri tapo kasdienybe mūsų kišenėse.