Каким образом работает идентификация лицевых образов в смартфонах

Зачем мы предпочитаем разблокирование по лицу

В недавние времена распознавание физиономий стало одной из самых распространённых возможностей для деблокировки умных телефонов. Еще несколько лет назад основная масса пользователей удовлетворялись PIN-кодами, ключами доступа или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, как Вулкан Платинум, нам достаточно просто взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Что обуславливает данную возможность такой востребованной? Во-первых, это практично: не нужно удерживать в памяти сложные пароли или находить нужный палец в тьме. Кроме того, это быстро: современные программы узнают лицо буквально за доли секунды. В-третьем пункте, это чувство футуристичности — будто в кинолентах про вулкан платинум шпионов.

Впрочем за данной кажущейся несложностью таится полный вселенная трудных технологий и инженерных концепций. Попробуем понять, как именно работает фейсканирование в современных смартфонах, какие существуют технологии, насколько они безопасны и что нас ждёт впереди.

Краткая повествование прогресса инноваций

Распознавание лиц как методика имеется уже более 50 лет. Изначальные попытки автоматизированного изучения лиц были сделаны еще в 1960-х годы в научных учреждениях США. Тогда ЭВМ умели лишь обозначать очертания лица и измерять промежутки между глазами и ртом на монохромных изображениях.

Изначальные бизнес установки появились в 1990-х годах, но они были неидеальны: работали медленно и часто давали сбои. Только с развитием синтетических сетей и таких систем, как Vulkan Platinum, сильных мобильных процессоров идентификация лиц стало по-настоящему массовым явлением.

В 2017 году Apple выпустила iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с надёжным трёхмерным распознаванием лица. За этим последовали Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали внедрять свои решения.

Основные шаги работы устройства идентификации

Процесс идентификации лица можно примерно разделить на несколько важных этапов:

1. Идентификация лиц — камера распознает существование людского образа в изображении.
2. Извлечение характеристик — система изучает контуры лица: форму зрительных органов, носа, уст, позицию надбровных дуг.
3. Построение структуры — создаётся уникальный цифровой отпечаток (faceprint) на основе выделенных признаков.
4. Сравнение со эталоном — созданный модель сравнивается со сохранённой при учёте биометрической данными владельца.
5. Принятие выбора — если соответствие достаточно существенное, смартфон деблокируется.

Каждый из данных стадий нуждается в специальных процедур и усовершенствований для быстрой работы непосредственно на девайсе.

Аппаратные компоненты: что скрыто в их недрах

Стандартная селфи камера.

Простейший легкий метод распознавания лица применяет только переднюю камеру смартфона мобильного устройства. Такой способ реализован во различных доступных вариантах Android-девайсов.

Преимущества:

• Не требует внешних сенсоров.
• Шустро функционирует при достаточном освещении.

Недостатки:

• Легко обмануть фотографией или роликом.
• Неправильно действует при низком освещённости или непривычных ракурсах.

Инфракрасная камера и пунктирный проекционный аппарат

Более усовершенствованные системы, такие как Vulkan Platinum, используют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта техпроцесс является основой Face ID от Apple.

Каким образом это работает:

• Точечный устройство проекции проецирует на лицо пользователя невидимую решетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID применяет около 30 000 пятен).
• Инфракрасная камера регистрирует искривление этой сетки по плоскости физиономии.
• Формируется трёхмерная глубинная карта глубины, которая практически невозможна для фальсификации типичной снимком или маскировкой.

Преимущества

• Надёжная работа даже в полной тьме.
• Сильная сопротивляемость к фальсификациям.
• Точность идентификации более 99%.

Дополнительные сенсорные устройства

В определённых устройствах применяются также вспомогательные сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют период распространения луча до объекта и обратно; RGB-датчики дальности; специальные световые дальномеры для построения более детализированной 3D-модели лица.

Эти инновации используются наиболее часто во передовых аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные методы: искусственный ум в действии

Текущие устройства идентификации лиц немыслимы без эксплуатации ИИ и машинного обучения. Именно благодаря таким инновациям, как Vulkan Platinum, гаджет в состоянии узнавать пользователя даже при изменениях внешности: новая укладка, растительность на лице, оптика или грим не становятся барьером для открытия.

Распознавание лиц

На первом стадии алгоритм должна быстро распознать ликовое изображение в пределах всего кадра с камеры. Для данной цели применяются каскадные классификаторы Хаара или более продвинутые конволюционные нейронные сети (CNN), которые “обучены” идентифицировать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN в состоянии обнаруживать физиономию даже при неполном перекрытии (например, шарфом или рукой).

Определение основных точек

После распознавания лица система, такая как Vulkan Platinum, определяет положение главных точек: кончики глаз, конец носа, края губ и так далее. Как правило используется от 68 до 128 ключевых маркеров на лицевой области.

Данное нужно для стабилизации визуала: если человек удерживает мобильник под наклоном, или склонил голову, программа корректирует изображение до обычного угла для дальнейшего анализа.

Создание биометрии модели

Далее искусственная сеть строит компактное цифровое представление (“эмбеддинг”) лица пользователя — своеобразный цифровой “отпечаток” лица длиной от 128 до 512 флоатов.

Этот формат крайне трудно имитировать: он не сохраняет само изображение пользователя, а лишь исключительные черты его внешности, что делает его совершенным для таких платформ, как Вулкан Казино Платинум.

Сравнительный анализ и осуществление решения

Если человек желает разлочить телефон взглядом, механизм повторяет все указанные описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если схожесть превышает установленный границу (обычно выше 99%), телефон, как и платформа Вулкан Казино Платинум, открывается; если нет — доступ не предоставляется.

Адаптация к изменениям внешности

Занимательная особенность нынешних систем — возможность самообучения. Если вы регулярно открываете телефон с обновленной прической или очками, система постепенно освежает основной модель вашего внешности для повышения точности работы без снижения уровня безопасности.

Защита биометрических данных данных.

Многие клиенты боятся сохранять свои био-идентификационные данные на смартфоне из-за угрозы утечки данных или взлома гаджета. Некоторые организации, вроде Вулкан Казино Платинум, предоставляют решения для улучшения защиты информации юзеров.

• Локальное сохранение: Преимущественно девайсов сохраняет био-идентификационные модели только в пределах безопасного микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они никогда не оставляют устройство и не доступны даже изготовителю.

• Шифрование: Все данные хранятся только в зашифрованном виде с использованием актуальных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция приложений: Приложения третьих девелоперов не обладают прямого доступа к биометрическим данным; они могут лишь запрашивать подтверждение верификации идентичности через системный API.

Следует подчеркнуть значимую подробность: в случае, если кто-либо достанет доступ к вашему телефону физически (например, пока вы спите), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство изготовители осуществляют систему защиты от автоматического разблокирования — например, требуют раскрыть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно бывают типы определения лиц на изображениях?

Сегодня можно определить различить 3 главных способа к осуществлению этой задачи:

Софтверное 2D определение

Применяется только передняя камера без дополнительных детекторов дистанции. Такой способ наблюдается наиболее часто в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: легкость воплощения; низкая затраты; скоростная работа при качественном освещении.
Минусы: легко ввести в заблуждение фотографией; ненадежная функционирование ночью; слабая защищенность.

Аппаратное 3D сканирование

Применяет инфракрасную видеокамеру + проектор пикселей + датчики глубины (Face ID у Apple; аналогичные решения у Huawei Mate).
Преимущества: значительная достоверность; нельзя подделать изображение/видеозапись; устойчивая деятельность в любых условиях освещения.
Минусы: повышение стоимости устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные методы с дополнением ИИ

Применяют комбинацию софтверных методов + аппаратно-техническую обработку + постобработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие изделия, например Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock новейших версий, комбинируют фронтальную камеру c ИК сенсором движения Soli Radar для предотвращения от фальсификаций руками/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Примеры применения разнообразных техник

• iPhone модели X/11/12/13/14 применяют только физическое трёхмерное 3D-сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз предложил подобие Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10 модель/S20 поддерживают как программное плоское распознавание по изображению фронтальной камерой, так и сенсор глазного ириса.
• Huawei Mate20 Pro использует систему из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-датчик

Проблемы охраны и ложные срабатывания

Несмотря на поразительный успехи техники за прошедшие лет, безупречных механизмов пока не наблюдается:

1. Возможность обмана: Доступные смартфоны просто открываются качественной изображением хозяина либо роликом с дисплея иного гаджета.
2. Идентичные близняшки: Даже самые безупречные устройства могут перепутать между монозиготными близнецами либо родичами с очень схожей внешностью.
3. Метаморфозы внешнего вида: Стремительное похудение/увеличение массы тела, косметические процедуры либо повреждения в некоторых случаях требуют обновления данных биометрических данных.
4. Условия фотографирования: Яркая освещённость солнцем или плотная тень могут уменьшить верность определения признаков.

Вот некоторые подсказок для надёжному использованию:

• Для критически важных операций всегда применяйте двухфакторную аутентификацию;
• Не запускайте функцию “Разблокировка по лицу” на дешёвых моделях без ИК-сенсоров;
• Регулярно обновляйте ПО мобильного устройства для защиты от актуальных атак;
• Включайте функцию “Требовать распахнутых глаз” там, где она доступна.

В каких местах дополнительно применяется технологии помимо смартфонов?

Несмотря на то, что тема этой публикации касается в частности портативным гаджетам, следует отметить прочих направлениях внедрения технологии:

• Контроль доступа в офисах и резиденциях;
• Платёжные терминалы финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Электронные удостоверения личности нового типа;
• Системы видеонаблюдения муниципальных подразделений;
• Механизация учёта явки школ/институтов;
• Авторизация юзеров персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В городском метро уже тестируется система оплаты проезда по лицу (“Face Pay”) — достаточно пройти через турникет без карты или мобильника! Схожие программы развиваются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Каким способом изменяется технология сегодня?

Любой год проявляются современные мысли для улучшения стандарта деятельности систем идентификации лиц:

1. Увеличивается разрешение сенсоров — чем больше элементов фиксируется камерой/датчиками глубины, тем меньше шанс неточности;
2. Развиваются искусственные интеллекты — современные архитектуры модели MobileNetV3 дают возможность скоростно адаптироваться к дополнительным чертам облика пользователя напрямую на гаджете без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Развиваются технологии антиспуфинга — теперь мобильные устройства могут распознавать настоящие движущиеся облики от фиксированных фотографий/масок по незаметным движениям кожи.
4. Взаимодействие со умными устройствами — интеллектуальные часы могут автоматически закрыть доступ к телефон, если пользователь ушёл далеко.
5. Проявляются гибридные механизмы — к примеру объединяющие голосовую идентификацию + лицо + пальцевой отпечаток.

Здесь, какие тренды очень востребованы на сегодняшний день:

1) Сокращение компонентов

Производители намереваются сократить габариты прорези (“чёлки”) для датчики на дисплее за счёт интеграции миниатюрных ИК-проекторов прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на аппарате

Для увеличения личной безопасности всё более вычислений выполняется внутри устройства без пересылки данных во сторонний облачный услугу.

3) Упорядочивание норм

Google активно пропагандирует норму BiometricPrompt API, для того чтобы подобные платформы, например как Вулкан Платинум, и любые Android-аппы могли взаимодействовать с любыми видами биометрии стандартизированно.

Какое выбрать на сегодня?

Если вам всем важна предельная сохранность данных, остановите выбор на топовые устройства с интегрированным ИК-проектором или же ToF-сенсором глубины.

• iPhone каждого новейших поколений
• Huawei Partner/P серии
• Mix Pro
• Vivo X модели
• Oppo Найти Икс серии.

Если финансы скромен – лучше предпочесть обычным средствам безопасности (PIN-код/сканер отпечатка), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан Платинум, применять только как второстепенную опцию комфорта.

Как повысить удобство функционирования функции?

Есть несколько советов для людей, кто уже пользуется разблокировку по лицу:

1. Регулярно обновляйте свою изображение-шаблон, если значительно изменяется внешность.
2. Не пренебрегайте протирать объектив передней камеры – разводы могут понизить точность!
3. Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате мобильник сам активирует фотоаппарат когда вы поднимаете его.
4. Во время регистрации постарайтесь держать голову прямо впереди видеоустройства не допуская сильного наклона головы.
5. Задействуйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает мобильное устройство, если вы отвернулись от дисплея.

Возможности развития технологии

В ближайшие времена можно предвкушать возникновения полностью безконтактных способов опознания индивидуума сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: лицо + звучание + походка + движения рук!

Также возможно появление современных подходов охраны приватности – скажем, динамическое корректировка диджитал паттерна после каждой удачной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – единственная из очень увлекательных технологий нашего периода! Она делает общение со смартфоном удобнее чем раньше, и такие аппы, как Вулкан Казино Платинум, могут в разы улучшить ваш пользовательский опыт, но требует осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, раз вы понимаете, как устроена эта система изнутри, – сможете более осмысленно определять свой очередной устройство!