Cómo funciona la cámara TrueDepth del iPhone X de Apple

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Una de las características más intrigantes del nuevo teléfono insignia de Apple, el iPhone X, es Face ID. Reemplaza el sensor de huellas dactilares y Touch ID con reconocimiento facial. Esto es posible gracias al nuevo sistema de cámara frontal TrueDepth de Apple. TrueDepth también habilita los nuevos Animojis de Apple y otros efectos especiales que requieren un modelo 3D de la cara y la cabeza del usuario. Echemos un vistazo a cómo funcionan la cámara y los sensores TrueDepth.

Componentes del sistema de sensor y cámara TrueDepth



TrueDepth comienza con una cámara 'selfie' frontal tradicional de 7MP. Agrega un emisor de infrarrojos que proyecta más de 30.000 puntos en un patrón conocido en la cara del usuario. Luego, esos puntos son fotografiados por una cámara infrarroja dedicada para su análisis. Hay un sensor de proximidad, presumiblemente para que el sistema sepa cuándo un usuario está lo suficientemente cerca para activarse. Un sensor de luz ambiental ayuda al sistema a establecer los niveles de luz de salida.

Apple también llama a un Flood Illuminator. No ha dicho explícitamente para qué es, pero tendría sentido que en condiciones de poca luz, llenar la escena con IR ayudaría al sistema a obtener una imagen del rostro del usuario para complementar el mapa de profundidad, lo que explica cómo lo dice Apple. funcionará en la oscuridad. IR también hace un excelente trabajo al captar las características de la superficie de la piel, lo que también puede ser útil para asegurarse de que las máscaras no puedan engañar al sistema.



Componentes de Apple

Detección de profundidad como Kinect: sin sorpresas, ya que Apple compró al desarrollador PrimeSense



Si bien la estimación de profundidad con dos o más cámaras estándar mejora cada año, y es suficiente para hacer algunos efectos especiales geniales en teléfonos con dos cámaras, incluidos los modelos Plus de iPhones recientes, está lejos de ser perfecta. En particular, cuando esos sistemas se utilizan para realizar el reconocimiento facial, han sido criticados por ser demasiado fáciles de engañar. Recientemente, por ejemplo, un investigador pudo engañar al sistema de reconocimiento facial del nuevo Galaxy Note 8 de Samsung simplemente mostrándole una fotografía de su rostro en un segundo Note 8.

No a todo el mundo le gusta el Dado que Apple confía en Face ID para desbloquear la X y activar Apple Pay, debe hacerlo mucho mejor. Ha creado un sistema más sofisticado que utiliza luz estructurada. Su estimación de profundidad funciona haciendo que un emisor de infrarrojos envíe 30.000 puntos dispuestos en un patrón regular. Son invisibles para las personas, pero no para la cámara de infrarrojos que lee el patrón deformado a medida que se refleja en las superficies a distintas profundidades.

Este es el mismo tipo de sistema utilizado por la versión original de Kinect de Microsoft, que fue ampliamente elogiado por su precisión en ese momento. Eso no debería ser una sorpresa, ya que Apple adquirió PrimeSense, que desarrolló el sensor de luz estructurado para el Kinect original, en 2013. Este tipo de sistema funciona bien, pero por lo general ha requerido emisores y sensores grandes y potentes. Ha sido más adecuado para el Kinect siempre encendido, o para computadoras portátiles, que para un iPhone a batería con un área pequeña para sensores.

Face ID frente a Intel RealSense frente a Microsoft Windows Hello

Los componentes básicos de Realsense incluyen datos RGB y de profundidad recopilados mediante el uso de un iluminador de infrarrojos

Un módulo Intel RealSense



Apple parece haber cumplido la promesa de dispositivos móviles que Intel sigue haciendo sobre sus cámaras RealSense con detección de profundidad. Intel los ha mostrado en el escenario integrados en prototipos de dispositivos móviles, pero las unidades en el mercado todavía son demasiado grandes y necesitan mucha energía para encontrar su camino hacia un teléfono. Si bien RealSense también tiene un emisor de infrarrojos, lo usa para pintar toda la escena y luego se basa en la disparidad estéreo capturada por dos cámaras de infrarrojos para calcular la profundidad. El resultado es un módulo para portátiles lo suficientemente preciso como para potenciar el reconocimiento facial para Windows Hello y hacer reconocimiento de gestos.

Estoy seguro de que la cámara TrueDepth de Apple le dará a Intel aún más ímpetu para crear una versión de RealSense para teléfonos. Reciente de Intel compra de la startup de chips de procesamiento de video Movidius definitivamente ayudará. Movidius ya ha sido aprovechado por líderes de la industria como Google para proporcionar visión de bajo consumo y procesamiento de IA generalizado para dispositivos móviles, y ciertamente podría reemplazar el procesador personalizado en los módulos RealSense con el tiempo.

Más allá de la cámara: movimientos faciales y funciones cambiantes

TrueDepth permite a Apple agregar el modo Retrato para selfies sin un sistema de cámara dual más típicoObtener una estimación de profundidad para partes de una escena es solo el comienzo de lo que se requiere para la implementación de Apple de reconocimiento facial seguro y Animojis. Por ejemplo, se podría usar una máscara para piratear un sistema de reconocimiento facial que se basa únicamente en la forma de la cara. Así que Apple está utilizando la potencia de procesamiento para aprender y reconocer 50 movimientos faciales diferentes que son mucho más difíciles de falsificar. También proporcionan la base para hacer que las figuras de Animoji parezcan imitar al propietario del teléfono.

¿Qué tan seguro es Face ID?



Los primeros sistemas de reconocimiento facial tenían mala fama, ya que podían engañarse con fotografías simples. Incluso los sistemas de segunda generación que agregaron detección de movimiento podrían ser engañados por videos. Las versiones modernas como Windows Hello van más allá al crear y reconocer modelos 3D del rostro del usuario. También pueden confiar en algunas propiedades de la luz y la piel para asegurarse de que todo lo que estén mirando sea similar a la piel. Pero incluso los modelos 3D pueden ser engañados, como demostró un investigador usando un molde de yeso hecho de un material que actuaba de manera similar a la piel para engañar a Windows Hello.

Dado lo dispuesto que está Apple a comprometerse a utilizar Face ID para transacciones financieras, estoy seguro de que han superado los límites más allá de los simples modelos 3D o el movimiento 2D. Es probable que confíen en la capacidad del teléfono para reconocer movimientos faciales diminutos e introducirlos en un sistema de aprendizaje automático en el Chip biónico A11 eso agregará otra capa de seguridad al sistema. Esa pieza también será clave para ayudar al teléfono a decidir si eres la misma persona cuando te pones un par de anteojos, un sombrero o te dejas crecer la barba, todo lo cual Apple afirma que Face ID se encargará.

Una nota al margen rápida: aquellos que vieron el discurso de apertura de Apple esta semana sin duda notaron que Face ID no funcionó cuando lo probaron por primera vez. Resulta que esto no fue un problema con Face ID; en cambio, era una característica de seguridad. El teléfono había sido manejado por varios miembros del personal antes de la demostración, quienes aparentemente habían intentado probar Face ID. Después de varias coincidencias fallidas, el teléfono se bloqueó y requirió un código de acceso (de la misma manera que lo hace Touch ID).

En general, Apple dice que Face ID es lo suficientemente preciso como para que solo una entre un millón de personas tenga caras lo suficientemente similares como para engañarlo. Esto contrasta con uno en 50.000 para TouchID, por lo que es un factor de mejora de 20. A muchos les preocupa más el problema de que los ladrones o las fuerzas del orden obliguen a los usuarios a mirar sus teléfonos y desbloquearlos. Personalmente, no creo que eso sea un problema mayor que con el desbloqueo basado en huellas dactilares. Suponiendo que funcione bien, buscaría que Face ID comenzara a aparecer en futuras versiones de los iPhones más tradicionales de Apple, y quizás también en sus dispositivos de automatización del hogar.

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