结构光
Face ID 的核心技术是 结构光，你可以把它想象成一个极其精密的“3D扫描仪”，它通过发射和接收红外光，在短时间内捕捉到你面部的数万个三维点，从而生成一个精确的、可识别的数学模型——面容轮廓图。
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整个过程大致分为以下几个步骤：
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投射红外光点阵
- 在 iPhone 顶部的“刘海”区域（称为原深感摄像头系统），内置了一个 红外泛光 illuminator，它会向你的面部投射出由超过 30,000 个肉眼看不见的红外光点组成的随机点阵图案。
- 这个点阵是随机的,所以每次扫描都是独一无二的。
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捕获深度信息
- 同样在“刘海”区域，有一个 红外摄像头，它负责接收这些红外光点从你的面部反射回来的光。
- 由于你的面部是三维的,所以这些光点反射回来的角度和距离是各不相同的，通过分析这些反射回来的点阵图案，系统就能精确计算出你面部每个点的深度信息，从而构建一个实时的、精确的 3D 模型。
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创建数学模型
（图片来源网络，侵删）- 系统不会存储你的面部照片,而是将这个 3D 模型转换成一个复杂的数学表达式，也就是我们常说的 “面容轮廓图”，这个数据文件非常小，包含了识别你身份所需的所有关键特征。
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匹配与验证
- 当你尝试解锁手机或进行支付时,Face ID 会再次执行上述步骤，生成一个新的面容轮廓图。
- 它会将这个新轮廓图与之前存储在 安全隔区 中的轮廓图进行比对。
- 只有当匹配度达到极高的设定阈值时,系统才会验证成功。
硬件构成：原深感摄像头系统
实现 Face ID 的硬件全部集成在 iPhone 顶部的“刘海”区域，主要包括：
- 红外摄像头：负责捕获被红外点阵照射后的面部图像。
- 泛光 illuminator：一个红外 LED，用于在环境光线不足时，用红外光均匀照亮你的脸部，确保红外摄像头能清晰捕捉。
- 点阵投影器：核心部件，用于投射那个由 30,000 个点组成的随机红外点阵。
- 环境光传感器：检测环境光线，并调整屏幕亮度和 True Tone 显示。
- 距离传感器：在你接听电话或使用 Face ID 时，检测手机是否靠近脸部，以自动关闭屏幕或防止误触。
- 扬声器：用于通话和媒体播放。
- 麦克风：用于通话和语音助手。
- 前置摄像头：用于自拍和视频通话。
- 状态指示灯：用于充电、系统通知等。
安全性：为什么它比指纹更安全？
苹果在设计 Face ID 时，将安全放在了首位，其安全性体现在多个层面：
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极高的误识率
（图片来源网络，侵删）- 苹果声称,Face ID 的误识率仅为百万分之一（1 in 1,000,000）。
- 作为对比,Touch ID 的误识率约为五万分之一（1 in 50,000）。
- 这意味着,随机一个人用他的脸解锁你的 iPhone 的概率极低。
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深度信息 vs. 2D 图像
- Face ID 使用的是 3D 深度信息，而不是传统的 2D 照片，这使得它几乎无法被一张高清照片或一个视频所欺骗。
- 即使有人拿着你的照片或视频,也无法通过 Face ID 的验证，因为它缺少真实的深度信息。
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“活体检测”（Liveness Detection）
- Face ID 内置了多种活体检测机制，以防止使用面具、模型等攻击。
- 微表情检测：它会检测你的面部是否在进行自然的微小的动作（如眨眼、微笑），以确认这是一个活生生的人。
- 注意力检测：在默认设置下，它还会检测你是否正在看着手机，如果你不看手机，Face ID 不会解锁（这一功能在特定场景下可被禁用）。
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数据加密与安全隔区
- 你的面容轮廓图绝不会离开 iPhone，也不会同步到 iCloud 或任何设备上。
- 它被加密后,存储在一个名为 “安全隔区” 的独立硬件芯片中，安全隔区是一个高度安全的子系统，专门用于处理敏感数据（如面容、指纹、密码）和加密密钥，即使你的手机系统被完全攻破，攻击者也无法访问安全隔区中的数据。
功能与应用场景
Face ID 不仅仅用于解锁手机，它已经深度整合到 iOS 系统的方方面面：
- 解锁 iPhone 和 Apple Watch
- Apple Pay 和 App Store 支付：安全快捷地完成支付。
- 登录 App 和网站：支持“使用 Apple ID 登录”功能，无需输入密码。
- 验证 App Store 和 iTunes Store 购买：在密码设置中启用后，可使用 Face ID 进行身份验证。
- Safari 自动填充密码：在 Safari 中登录需要密码的网站时，可使用 Face ID 进行验证。
- 隐藏私密照片和备忘录：可以在“照片”和“备忘录”App 中创建带有 Face ID 锁定的相簿和备忘录。
- Safari 隐藏密码：可以要求 Face ID 来查看你在 Safari 中保存的密码。
- 屏幕时间密码：更改或关闭“屏幕时间”功能时需要 Face ID 验证。
使用体验与注意事项
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设置过程：首次设置时，你需要缓慢地转动头部，确保系统从不同角度捕捉到你面部的完整数据，以建立最准确的模型。
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最佳使用角度：将手机举到与视线平齐的高度效果最好，虽然现在支持大角度倾斜，但极端角度可能会影响识别速度。
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佩戴物品的影响：
- 眼镜：通常没有问题，因为 Face ID 能穿透镜片。
- 口罩：在 iOS 15.4 及更高版本中，苹果优化了 Face ID，使其支持戴口罩时的识别，系统会自动识别你眼睛周围的特征来进行匹配，非常方便。
- 帽子、头巾、墨镜：通常不会影响识别。
- 医疗口罩：如果口罩遮挡了过多面部特征，可能会降低识别速度或失败。
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双击侧边按钮
- 这是唤醒 Face ID 的标准手势，当你的手机处于锁屏状态时，双击侧边按钮，Face ID 会在屏幕上立即出现并进行验证。
- 验证成功后,向上轻扫即可进入主屏幕。
演进与未来
- 从 iPhone X 到 iPhone 15 Pro Max：Face ID 技术在不断优化，识别速度更快，角度更广，安全性也持续提升。
- 与屏下 Face ID 的关系：苹果一直在研发 屏下 Face ID 技术，希望能将这一功能集成到全面屏 iPhone 中，消除“刘海”或“灵动岛”的设计，这需要在屏幕下方集成微型摄像头和传感器，技术难度极高，预计在未来几年内可能会实现。
Face ID 是一套集成了先进光学传感器、强大芯片算法和顶级安全策略的综合性系统，它通过结构光技术创建你面部的精确 3D 模型，以极高的安全性和便捷性，彻底改变了我们与设备的交互方式，并成为了现代智能手机生物识别的标杆。
