開啟 Orb：
深入了解 Worldcoin 的生物識別成像設備

鑑於 Worldcoin 任務的範疇，我們基於隱私、信任和透明度的創始原則來處理所有事情。 

這就是為什麼我們仍然致力於盡可能開源我們創建和使用的技術。 我們也希望讓其他人能夠開發、建造和運行類似的設備，這些設備可以與World ID協議集成，最終目標是將項目的每個部分完全去中心化。 

本文的目的是分享我們正在建設的硬體的具體、實質性細節。 經過三年的研發，我們很高興能展示Orb，從高層次解釋其工作原理，並發布相應的硬體工程文件。 我們認為這是我們在向全球社區證明我們對透明度的承諾的重要一步。 

在接下來的幾個月中，我們還將發布更多文章來解釋 Orb 的其他部分和註冊流程。

為什麼我們需要自訂硬體，
以及為什麼它會掃描虹膜？

當 Worldcoin 剛開始時，我們並不打算開發一個實體設備，更不用說用於生物特徵成像的設備。 定制硬體的製造既困難又昂貴，如果可以避免的話，沒有人願意這麼做。 相反，我們的目標是免費向世界上的每一個人分發一種新的數位代幣，以此幫助他們進入並參與全球經濟。 直到我們得出結論，生物特徵識別是實現我們目標的唯一現實方法後，我們才著手創建 Orb。 

在這裡了解更多關於生物識別技術的包容性以及為什麼 Worldcoin 使用它們。

當我們探索許多不同的方法來解決sybil 抵抗性並證明獨特的人格時，我們的研究顯示虹膜掃描提供了最準確的生物識別技術，同時具有可接受的用戶體驗，並已成功在大規模測試中驗證。 這是因為虹膜具有強大的防欺詐性和數據豐富性，這意味著它可以用來準確區分數十億的獨特人類。 生物識別標記的數據越豐富（例如，虹膜），系統就越公平和包容。

重要的是，錯誤拒絕不是固定的，而是隨著規模增加。 最終，大多數系統會撞上壁壘，不允許新的人加入。 這意味著像 FaceID 這樣數據豐富性較低的現有技術只能容納幾百萬人。

由於市售的虹膜成像設備未能滿足我們的技術或安全需求，我們花了多年時間開發自己的設備，以儘可能包容的方式實現對全球經濟的普遍訪問。 更多詳情可以在這裡找到。

Orb 硬件庫

作為開放源代碼化 Orb 的第一步，我們在存儲庫中發布了當前版本的所有相關硬件工程文件。 你可以下載 Eagle（PCB）瀏覽檔案，並免費使用 Autodesk 的 CAD 檢閱器。 歡迎並大力鼓勵對設計改進的反饋。 

我們意識到，通過開發 Orb，我們正在推進尖端的虹膜生物識別技術。 這就是為什麼所有文件都在一個基於 MIT 許可證的許可證下發布，但禁止將許可材料用於監控應用以及任何可能損害個人權利的其他應用。 

本文的其餘部分將對 Orb 進行拆解，並附上一些工程趣聞。

Orb 拆解

三年的研發，包括一年的小規模實地測試和一年過渡到大規模生產，導致了當前版本的 Orb。 

今日的 Orb 代表了一個在開發速度、緊湊性、用戶體驗、成本和大規模生產之間的精確平衡，並且在影像質量和安全方面的妥協極小。 未來可能會有進一步優化的版本。 然而，目前的版本代表了一個重要的里程碑，使我們能夠增加現場 Orb 的數量。

我們現在將帶您了解 Orb 的一些最重要的工程細節，以及成像系統的工作原理。 出於安全考量，我們將僅明確地排除用於抓取入侵企圖的竄改檢測機制。

移除外殼

當移除外殼時，主板、光學系統和冷卻系統會變得可見。 大多數的光學系統隱藏在一個外殼中，與殼體一起形成防塵和防水的環境，以便在挑戰性的環境中進行長期使用。

你所看到的是一個經過多次原型及製造設計 (DFM) 迭代改進的裝置。

機械系統

一旦殼體被移除，Orb可以分為四個核心部分： 

• 前部：光學系統
• 中部：主板將裝置分隔成兩個半球體（注意：其傾斜角度精確為23.5°，相當于地球自轉軸的傾斜角度）
• 後部：主計算單元及主動冷卻系統 
• 底部：可交換電池

我們盡早在實驗室外對我們的第一批原型進行了現場測試。 自然地，這教會了我們許多課程，包括：

光學系統

使用第一個原型時，註冊體驗尤其困難。 在一年的時間裡，我們升級了光學系統，配備自動對焦和眼球追踪功能，使當人距離Orb在一臂之內時，對準變得簡單。

電池

我們嘗試的電池沒有一款能在單次充電下持續一整天。 因此，我們基於18650鋰離子電芯設計了一款自訂的可交換電池——與特斯拉Model S使用的電芯形式相同。電池由8個電芯組成，具有3.7V的標稱電壓，採用2P4S配置（14.8V），容量接近100Wh，也就是物流相關法規所施加的限制。 現在，Orb的上線時間已無限制。

外殼

在手持使用時，外殼的塗層有時會退化。 因此，我們添加了一個 2mm 的透明外殼以優化視覺效果，同時保護鍍鉻塗層免於刮傷及其他磨損。 

UX LED 燈

為了使用戶體驗更直觀，特別是在嘈雜環境中用戶可能無法聽到聲音反饋時，我們添加了一個LED環來幫助指導人們完成註冊過程。 同樣地，我們在Orb上唯一的按鈕旁露出狀態LED，以指示其當前狀態。 

光學系統運作原理

我們的早期現場測試讓我們了解到驗證體驗需要比我們預期的更簡單。 

為此，我們首先嘗試了多種方案，這些方案具有鏡子，讓使用者可以利用自己的反射來對齊Orb的成像系統。 然而，在實驗室中效果良好的設計在現實世界中很快便失效了。

最終，我們構建了一個雙攝像頭系統，配備了廣角鏡頭和一個可通過 2D 鏡架調節 ~5° 視角的長焦鏡頭。 這大幅增加了註冊操作可以成功完成的空間體積，由每隻眼睛的 20x10x5mm 小盒子擴展到一個大的圓錐體。

廣角攝影機捕捉場景，神經網絡預測雙眼的位置。 通過幾何推理，我們將長焦相機的視野引導至眼睛的位置，以捕捉虹膜的高解析度影像，該影像經由Orb進一步處理成為唯一識別碼。

在這裡了解我們對隱私的承諾。

除了簡單性之外，影像質量是主要的重點。 我們測試了許多現成的產品，但沒找到符合我們成像需求的足夠緊湊且仍然價格合理的鏡頭。 因此，我們與機器視覺行業中知名的專家合作製作定制鏡頭。

該鏡頭 經過優化，用於近紅外光譜，並集成了自定義液態鏡頭，允許神經網絡控制的毫秒自動對焦。 它與全球快門感測器配合，用於捕捉高解析度、無失真的影像。

攝影機和相應的脈衝紅外光同步，以最小化運動模糊並抑制陽光的影響。 這樣，無論身處何處，Orb都可創建出如同實驗室環境的拍攝條件。 不用說，紅外光符合眼安全標準（如EN 62471:2008）。

無論多么困難，圖像質量是我們從未妥協的重點。 就解析度而言，Orb的水平遠超行業標準。 這為實現最低錯誤率提供了基礎，從而最大化系統的包容性。 

電子設備

進一步拆解Orb時，你會發現多塊印刷電路板（PCBs），包括包含所有照明的前置PCB，用於入侵檢測的安全PCB，以及將前置PCB與最大PCB主板連接的橋接PCB。

主板作為Nvidia Jetson Xavier NX SoM的定制承載板，為Orb提供動力。 除了Jetson之外，另一個主要的“插入式”元件是250GB的M.2 SSD。 SSD可以用於緩衝圖像，以便於自願的數據保管和圖像數據收集。 圖像使用伺服器的公鑰不可逆地加密，因此即使在Orb被破壞的不太可能事件中，也不會暴露任何數據。 數據的貢獻是可選的，可以通過應用程序在任何時候請求刪除數據。 

此外，STM32微控制器控制時間關鍵的外圍設備，排序電源，並啟動Jetson。 Orb 配備了 Wi-Fi 6 和可選的 LTE，以實現無縫連接，以及一個 GPS 模塊以定位 Orb 並防止濫用。 最後，一個12位的液態鏡片驅動器可以以0.4毫米的精度控制長焦鏡頭的對焦。

Orb 密度最大的一塊PCB是前端PCB。 它主要由LED組成。 最外層的RGB LED提供“UX LED環”的動力。 在裡面還有79個不同波長的近紅外LED。 Orb 使用740nm、850nm和940nm的LED來捕捉虹膜的多光譜圖像，以提高唯一性算法的準確性並檢測欺詐行為。

前端PCB還包含多個多光譜影像傳感器。 最基本的是廣角攝像頭，用於引導長焦虹膜攝像頭。 由於我們正在透過Orb向每位選擇登記的人贈送免費的Worldcoin股份，詐騙的誘因很高。 因此，我們增加了進一步的影像感測器來防止詐騙。  

在設計詐騙防範系統時，我們從第一性原理推理開始：人類擁有哪些可測量的特徵？ 從那裡開始，我們實驗了許多不同的感測器，並最終集中於一套包括近紅外寬角相機、3D飛行時間相機和熱成像相機。 該系統旨在最大限度地保護隱私，因此基於這些感測器輸入的詐騙防範算法在本地運行。 除非有人明確要求備份其數據以便未來升級，並同意協助我們改善系統，否則沒有影像會離開該設備。

接下來的計畫

在這篇文章中，我們揭示並解釋了Orb的許多重要組件，並鏈接到了對應的工程文件。 我們認為這邁出了展示我們對隱私、信任和透明度承諾的重要一步。 如同在開始時所述，我們致力於盡可能開放我們的技術，並最終完全去中心化這個專案。 

最新一代Orb的製造已經在德國順利進行，同時向全球各城市的新Worldcoin運營商進行分發。 事實上，他們已經幫助Worldcoin 通過超過一百萬次註冊，這是在為全球經濟提供普遍接入的道路上重要的里程碑。