Worldcoin将始终坚持一系列基于隐私、信任和透明的宗旨和原则。
这就是为什么我们一直在努力尽可能地开源我们创造和使用的技术。我们也希望其他人可以开发、构建和操作与World ID协议集成的类似设备，最终目标是完全分散项目的所有部分。
在本文中，我们将分享关于我们正在构建的硬件的具体和实质性的细节。经过三年的研发，我们很高兴向大家展示Orb，讲解其工作原理，并发布相应的硬件工程文档。这将是我们实现我们对透明度的承诺并提高其在国际社会中的信誉的重要一步。
在接下来的几个月里，我们将发布更多的文章来解释Orb的其他部分和注册过程。
为什么我们需要定制硬件，为什么它会扫描虹膜？当Worldcoin成立时，我们并没有打算开发一种物理设备，更不用说建立一种用于生物成像的设备。定制硬件既困难又昂贵，如果不是必要的话，没有人愿意投资。相反，我们的目标是向世界上的每个人免费分发一个新的数字令牌，以帮助他们进入和参与全球经济。只有在我们得出生物识别是实现我们目标的唯一现实途径的结论后，我们才开始创建Orb。
要了解更多关于生物识别技术的包容性以及Worldcoin使用它们的原因，请点击此处。
在探索许多不同的方法来解决sybil耐药性和验证唯一身份时，我们的研究表明，虹膜扫描提供了最准确的生物特征，并具有可接受的用户体验，在大规模测试中取得了成功。这是因为iris具有很强的反欺诈性和丰富的数据，这意味着它可以准确区分十亿个唯一的人类个体。生物特征标记(如虹膜)的数据丰富度越高，系统就越公平、越包容。
重要的是，错误拒绝的发生率不是一个恒定值，而是随着数据规模的扩大而增加。最后大部分系统都会遇到瓶颈，不允许任何新人加入。这意味着像FaceID这样数据丰富度低的现有技术只能容纳数百万人。因为商用的虹膜成像设备不能满足我们的技术或安全要求，所以我们花了很多年来开发自己的设备，以适应尽可能多的人。更多详情请见此处。
作为Orb开源的第一步，Orb硬件资源库已经发布了资源库中所有硬件相关的工程文件，包括当前版本。您可以下载Eagle(PCB)来查看文件和* * * Autodesk的CAD viewer。我们欢迎并鼓励您对设计提出意见和反馈。
通过开发Orb，我们正在推广最先进的虹膜生物识别技术。这就是为什么所有文件都是在麻省理工学院许可下发布的，但是我们也禁止使用许可材料进行监控和任何其他可能损害个人权利的应用。
接下来我们就拆解Orb，讲一些工程设计过程中发生的趣事。
经过三年的研发，包括一年的小规模实地测试和一年的大规模生产测试，我们得到了当前版本的Orb。
如今的Orb已经在开发进度、紧凑性、用户体验、成本和量产之间取得了精准的平衡，在画质和安全性上几乎没有妥协。未来，我们可能会发布进一步优化的版本。然而，目前的版本代表了一个重要的里程碑，使我们能够开始大规模生产。
现在，我们将向您展示Orb的一些关键工程细节以及成像系统的工作原理。出于安全原因，我们将省略捕获系统入侵的防篡改机制。
拆下外壳后，我们可以看到产品的主板、光学系统和散热系统。大部分光学系统隐藏在一个外壳结构中，与外壳一起起到防尘防水的作用，从而实现在各种恶劣环境下的长期使用。
你看到的是一个经过多次原型调整和设计迭代的产品。
图1外壳下的球体
Orb由两个半球组成，被主板隔开，主板倾斜23.5°的倾角，这是地球自转轴的倾角。主板配备强大的运算单元，实现本地处理，最大程度保护隐私。Orb的前半部分专用于密封光学系统。光学系统由多个多光谱传感器组成，用于验证活体，并配有带二维万向节的狭缝视场相机，可拍摄高分辨率虹膜图像。另一个半球专用于冷却系统和扬声器。可更换电池可从底部插入，实现移动环境下的不间断运行。
去掉机械结构的外壳后，Orb可以分为四个核心部分:
正面:光学系统
中间:主板把设备分成两个半球(注:倾斜角度正好是23.5°，相当于地球的倾斜角度)。
后部:主计算单元和主动冷却系统。
底部:可更换电池
图2所有相关部件的分解CAD
去掉外壳材料(比如光学系统的防尘罩)后，Orb的所有相关部件都会暴露出来。其中包括定制镜头，这些镜头针对近红外成像和快速持久的自动对焦进行了优化。光学系统的前部由光学过滤器密封，以防止灰尘进入，并减少可见光谱中的噪音，以优化图像质量。在背面，镀铬外壳中的一个塑料部件可以优化天线的位置。镀铬外壳上覆盖有透明外壳，防止涂层随着时间的推移而损坏。
我们尽快在实验室外进行了第一批样机的现场测试。当然，这给我们带来了许多教训，包括:
光学系统第一台样机的注册体验异常艰难。经过一年的升级和改进，我们在光学系统中加入了自动对焦和眼球追踪功能。当人与球体的距离在一臂之内时，对准就变得容易了。
电池我们试过的所有电池，一次充电后都坚持不了一整天。因此，我们在18650锂离子电池的基础上构建了一个定制的可更换电池，其形状与特斯拉Model S使用的电池相同，电池由八个标称电压为3.7V的电池单元组成，配置为4S2P (14.8V)，容量接近100Wh，这是相关法律法规对产品运输所规定的限制。这样Orb的工作时间就没有限制了。
图3定制的可更换电池
Orb的定制电池采用锂离子18650电池(和很多电动车用的一样)，容量接近100Wh。优化旨在提高电池寿命并满足运输规定。采用USB-C接口，充电方便。
当用手使用时，外壳的涂层有时会降解。所以我们加了2 mm的透明外壳，不仅优化了外观，还保护了镀铬层不被划伤等磨损。
UX LED是为了让用户体验更直观，尤其是在嘈杂的环境中，人们可能听不到声音反馈。我们添加了一个LED光环来帮助引导人们完成注册过程。类似地，我们在Orb上唯一的按钮旁边设计了一个状态LED来显示其当前状态。
光学系统如何工作我们早期的测试告诉我们，验证体验需要比我们预期的更简单。
为了做到这一点，我们首先尝试了很多方法。通过使用镜子，人们可以根据自己的镜面反射瞄准球体成像系统。然而，这些在实验室中表现良好的设计很快在现实世界中失败了。
最后，我们建立了一个由广角相机和长焦相机组成的双相机系统，视场可以通过二维框架进行调整。这使得可以成功注册的空 room的体积增加了几个数量级，从每只眼睛20x10 x 5mm的狭窄空 room到大圆锥。
图4长焦镜头和二维万向架
Orb的主成像系统由长焦镜头和2D通用镜头系统、全局快门相机传感器和滤光片组成。移动镜头会将相机系统的视野增加两个数量级以上。光学单元由黑色可见光谱过滤器密封，该过滤器将高精度光学组件与灰尘隔离，仅传输近红外光。图像捕获过程由多个神经网络控制。
广角摄像头捕捉场景，通过神经网络预测眼睛的位置。通过几何推理，我们将长焦相机的视野引导到眼睛的位置，以捕捉虹膜的高分辨率图像，然后由Orb进一步处理为唯一的标识符。
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除了简单性，图像质量是主要关注点。我们已经测试了许多现成的产品，但我们没有找到一个负担得起的镜头，它足够紧凑，可以满足成像要求。因此，我们与机器视觉行业的知名专家合作，打造了一款定制镜头。
镜头针对近红外光谱进行了优化，并配备了集成定制的液体镜头，可以通过神经网络控制进行毫秒级自动对焦。配合全局快门传感器，可以拍摄高分辨率、不失真的图像。
图5，a)定制的长焦镜头
长焦镜头是专门为Orb设计的。其镜头经过镀膜，优化了近红外光谱的图像捕捉效果。集成的液体镜头可以实现持久的毫秒级自动对焦。液体透镜的位置由神经网络控制以优化聚焦。为了捕捉没有运动模糊的图像，全局快门传感器与脉冲照明同步。
b)将Worldcoin Orb的图像质量与行业标准进行对比，可以发现我们在这一领域取得了显著的进步。
相机和相应的脉冲红外光是同步的，以最小化运动模糊并抑制阳光的影响。这样无论Orb在哪里，都可以为成像创造实验室环境条件。同时，红外线照明符合安全标准(例如，EN 62471:2008)。
无论有多难，我们都不会在画质上妥协。就分辨率而言，Orb的水平远超行业标准。这为实现最低错误率提供了基础，从而最大限度地提高了系统的包容性。
进一步拆解Orb，你会发现几块印刷电路板(PCB)，包括包含所有照明元件的前PCB，入侵检测的安全PCB和连接前PCB与最大主板的桥接PCB。
图6主板正面
主板正面装有一个电容器，用于为脉冲近红外照明提供电源(经认证的安全眼标准)。还存在用于控制光学系统中液体透镜的变形的驱动器。微控制器控制外围设备的精确定时。加密的M.2 SSD可用于存储图像，用于自愿数据存储和图像数据收集。这些图像通过服务器的公钥受到第二层不可逆加密的保护，以防止在Orb被入侵的不太可能的情况下数据被暴露。数据的贡献是可选的，您可以通过应用程序随时请求删除数据。SIM卡槽可以实现可选的LTE连接。
图7主板的背面
主板背面有几个连接器，用于光学系统的可移动部件。此外，GPS模块可以准确定位Orb，防止诈骗。Wi-Fi模块使Orb能够上传虹膜代码，以确保每个人只能注册一次。最后，主板配备了一个Nvidia Jetson Xavier NX，可以实时运行多个神经网络，优化图像捕捉，进行局部防伪检测，局部计算虹膜代码，最大程度保护隐私。
主板作为Nvidia Jetson Xavier NX SoM电源Orb的定制载板。除了Jetson，另一个主要组件是250GB的M.2固态硬盘。SSD可用于缓冲图像、自动数据存储和图像数据收集。当Orb被入侵时，图像将使用服务器的公钥进行不可逆加密，以防止数据在极少数情况下泄露。数据的贡献是可选的，您可以通过应用程序随时请求删除数据。
此外，STM32微控制器控制时间关键的外设、电源序列和Jetson的启动。Orb配备Wi-Fi 6和可选的LTE实现无缝连接，并配备GPS模块定位Orb，防止滥用。最后，12位液体镜头驱动可以精确控制长焦镜头的焦距，精度达到0.4 mm。
Orb中最密集的电路板是前电路板，主要由LED组成。最外面的RGB LED为“UX LED环”供电。再往下，有79个不同波长的近红外led。Orb使用740nm、850nm和940nm的led来捕获虹膜的多光谱图像，从而使唯一性算法更加准确，并检测欺诈。
图8具有近红外照明的前电路板
前电路板提供多光谱照明和反欺诈传感器。高亮度照明(经认证的眼睛安全)对于高质量的图像捕捉是必要的，例如在工作室中。基于多光谱传感器的反欺诈算法在Orb本地运行，最大程度保护隐私。除非有人明确要求上传这些图像数据，否则不会上传任何数据。电路板边缘的圆形可见光谱LED提供准确的用户反馈。
前PCB上还安装了几个多光谱成像传感器。最基础的是广角摄像头，用来控制长焦虹膜摄像头。自从我们给每个通过Orb注册的人一份Worldcoin后，诈骗的概率就增加了。因此，我们还添加了其他成像传感器来防止欺诈。
在设计反欺诈系统时，我们从第一性原理推理开始:人类有哪些可测量的特征？然后，我们尝试了许多不同的传感器，最终缩小到包括近红外广角相机、3D飞行时间相机和热成像相机在内的传感器组合。该系统旨在实现最大限度的隐私保护，因此基于这些传感器输入的反欺诈算法将在本地运行。除非有人明确要求备份数据以供未来升级，并同意帮助我们改进系统，否则任何图像都不会离开设备。
展望在本文中，我们揭示并解释了Orb的许多关键组件，并链接到相应的工程文档。这是我们向公众展示Worldcoin对隐私、信任和透明的承诺的重要一步。如开头所述，我们致力于尽可能开源我们的技术，最终实现项目的完全去中心化。
最新一代的Orb已经在德国制造完成，将分发给全球的new Worldcoin运营商。事实上，他们已经帮助Worldcoin获得了超过100万的注册用户——这是迈向全球经济包容性的一个重要里程碑。
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