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如何打造一款极致体验的3D人脸智能门锁

本文作者：许龙点击： 2022-10-17 16:15

前言：

安霸上海硬件研发总监许龙

智能门锁经过指纹解锁普及以后，开始走向3D人脸解锁时代。和指纹锁相比，3D人脸解锁具有无感的体验优势，可以解放双手，备受消费者青睐。目前市场上的3D人脸解锁技术路线主要是三类：双目立体视觉，3D结构光，ToF。关于这三种技术路线的优劣势可以参考下面的表格。

技术类别	双目立体视觉	3D结构光	ToF
测量范围	中长距（取决于基线和分辨率）	短距离	中长距（取决于发射功率）
距离精度	低	高	高
软件复杂度	高	中	低
帧率	较低	较低	可以做到非常高
黑暗环境工作	需要额外补光	可以	可以
价格	低	中	高

安霸的芯片解决方案对于不同技术路线并无倾向性，均可以支持。安霸认为不同的技术路线的 3D 人脸智能解锁的产品核心都是围绕无感极致体验，这里面包含三个重要的技术维度指标：

1. 人脸解锁速度（做到人到即开门无感）

2. 低功耗（长续航、低频次更换电池无感）

3. 数据安全性（消除用户对个人信息安全担忧的无感）。

下面将从这三个维度展开说说安霸是如何通过技术上的打磨来提升产品体验。

人脸解锁速度优化

所有技术路线的人脸解锁过程都包含三个阶段的耗时： A（系统启动时间)，B（人脸检测深度生成，活体检测时间），C（人脸数据库比对时间)。一次完整的人脸解锁应用耗时就是A+B+C三者合一的耗时，任何一个时间节点都需要精心打磨，尽量缩短耗时以实现极速人脸解锁。下面是安霸的CV2x系列芯片解决方案通过以下技术手段来实现各个阶段的加速，叠加客户应用软件耗时，最终依然实现一秒内人脸解锁的极致无感体验。

A：优化减小代码大小，对存储器带宽优化提升读取速度，减少软件加载时间，对所有硬件优化I/O性能，采取并行化初始化处理，缩短硬件初始化所需时间。

B：安霸的芯片方案提供丰富的硬件加速算子，针对不同3D技术路线所需的深度计算加速，可以有效缩短人脸检测和活体检测所需时间，做到最短时间获取丰富的人脸深度信息，提供给活体检测算法以达到最快、最准确地活体检测结果输出。

C：安霸芯片专用的视觉感知深度学习引擎，可支持各种人脸比对算法优化来提升人脸比对速度和准确度，缩短人脸比对时间和提升比对准确率。

功耗优化

对3D人脸智能门锁系统而言，功耗包含两方面：A（系统待机功耗)+B（系统工作功耗)。目前市面上大多数人脸解锁设备都因为增加3D人脸识别功能带来功耗的成倍增加，只能抛弃传统指纹锁里的多节干电池供电技术路线，采用单位体积内能量密度更大锂电池供电，而锂电池电量一次放电完成更换需要一个漫长的充电等待时间，不能实现无感电池替换，采用安霸的人脸解锁方案，智能门锁产品可以有效降低系统待机功耗和工作功耗，让3D人脸智能门锁回归干电池供电解决方案成为可能。当电池电量耗尽，用户可以零等待实现无感电池替换。即便是使用大容量锂电池供电方案，安霸方案也可以赋能3D人脸智能门锁实现更长时间的单次充放电续航，降低锂电池充电频次。下面是安霸CV2x系列芯片解决方案从A、B两个方面针对产品功耗做出的技术优化细节。

A：安霸通过软、硬件设计来优化系统冷启动所需时间（150ms以内即可完成启动系统），这样人脸解锁模块不需要维持低功耗待机模式即可获得人脸解锁快速唤醒，平常处于零功耗关机状态，在传统指纹锁基础上只需要一个微安级电流PIR模块待机，只有监测到人接近才开启人脸解锁运行，实现超低功耗待机。

B: 安霸领先的10nm工艺低功耗芯片+人脸解锁速度优化，大大降低系统运行基础功耗和缩短单次解锁工作时长来延长电池续航，同时安霸独有的硬件加速识别模块可以在系统唤醒以后迅速检测人脸和识别人形是否存在，准确判断PIR误触发带来的无效唤醒，系统可智能化迅速进入再休眠状态，降低PIR无效唤醒带来的额外功耗增加。

正是基于这两个方面系统功耗优化，安霸CV2x系列芯片方案可以实现只用干电池供电就续航6个月（基于每天15次解锁使用频次）。

数据安全实现

随着国家数据安全法的发布和用户对人脸数据安全意识的提升，人脸锁的数据安全也提升到了越来越重要的位置，安全性成为用户购买产品的重要衡量指标。安霸CV2x系列芯片从芯片级就内建信息安全硬件模块，借助于芯片级的硬件加密算法，安霸的软件SDK可以帮助客户产品建立安全执行环境和信任签名验证机制，安霸提供从硬件到软件的整体磐石安全架构，确保系统从启动、OTA升级、用户数据隐私和数据存储传输等各个方面都得安全保护，助力门锁产品达到金融支付级别的安全认证。

3D人脸智能门锁的技术走向

3D人脸智能门锁的技术走向是将会集成越来越多的视觉功能，其中电子猫眼功能会变成刚需，目前三种技术路线人脸识别解锁都可以在其基础上增加一个高分辨率RGB摄像头来实现电子猫眼，这样做的好处是可以采用模块化设计轻松实现产品的升级.而安霸除了支持提供这样的技术升级，基于其中的3D结构光技术路线，安霸可以独家提供单摄像头实现3D人脸解锁+电子猫眼功能，这样既节省系统成本，还可以维持门锁单摄像头外观不变不增加额外的开孔，通过安霸独有的ISP处理优势，可以实现单摄像头的RGB和IR通道拆分处理，同时满足3D刷脸和电子猫眼各自独立数据通道输入需求，并且ISP基于摄像头控制曝光同步基准，可以精准控制结构光和红外夜视补光分时照射，避免同频光谱干扰。此外安霸ISP还可以实现RGB和IR融合，实现夜晚微光全彩效果，让电子猫眼功能在夜视环境也呈现丰富的彩色信息。安霸基于CV2x系列芯片推出从200万到800万像素的全系列单摄像头解决方案（如下图）。均在海外头部门禁品牌客户端实现产品量产。

当然，安霸芯片方案也支持多摄像头的应用，具体产品会根据客户对产品的定义进行设计开发。芯片与底层驱动、应用软件的紧密结合才能真正做到极致的无感解锁体验，而芯片的架构设计则从根本上决定了最终的产品能力。安霸将在3D人脸智能门锁领域持续推出自己独到的技术路线和实现方式，客户采用安霸CV2x系列芯片解决方案可在3D人脸智能门锁产品上，依据自身实际需求和供应链整合，灵活采用不同技术路线，实现人无我有，人有我优的产品差异化。

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