Каким способом функционирует распознавание лиц в телефонах

Зачем мы предпочитаем разблокирование по лицевому распознаванию

В последние годы определение лиц стало одной из наиболее востребованных возможностей для деблокировки умных телефонов. Всего пару лет ранее большинство использующих обходились пин-кодами, ключами доступа или датчиками отпечатков пальцев. Но при появлением подобных технологий, как Вулкан Платинум, нам достаточно просто взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Что делает эту конкретную функцию настолько популярной? Для начала, это комфортно: не нужно помнить сложные пароли или искать верный палец в темноте. Кроме того, это быстро: современные алгоритмы распознают лицо практически за доли секунды. В-третьих, это чувство футуризма — словно в кинолентах про вулкан платинум агентов.

Тем не менее за данной на первый взгляд простотой таится полный универсум комплексных техник и инженерных концепций. Давайте понять, как именно действует идентификация по лицу в актуальных гаджетах, какие бывают технологии, насколько они безопасны и что нас ожидает в будущем.

Сжатая история эволюции технологии

Распознавание лиц как техника имеется уже более пятидесяти лет. Первые пробы автоматизированного анализа облика были осуществлены еще в 1960-х годы в научных учреждениях США. Тогда компьютеры могли лишь определять контуры лица и вычислять промежутки между очами и губами на ахроматических фотографиях.

Изначальные коммерческие системы возникли в девяностых годах, но они были несовершенны: функционировали медленно и часто давали сбои. Только с прогрессом искусственных сетей и таких платформ, как Vulkan Platinum, сильных мобильных процессоров распознавание лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с безопасным трёхмерным идентификацией лица. За ним пошли Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали внедрять свои разработки.

Главные шаги работы устройства распознавания

Процесс определения лица можно примерно разделить на несколько ключевых этапов:

Обнаружение лица — камера выявляет наличие людского образа в снимке.
Определение особенностей — алгоритм исследует контуры облика: форму глаз, носа, губ, позицию бровей.
Построение шаблона — создаётся уникальный цифровой отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
Сравнение с эталоном — полученный модель сверяется со записанной при регистрации биометрической сведениями владельца.
Принятие выбора — если соответствие достаточно высокое, смартфон разблокируется.

Любой из этих этапов требует индивидуальных процедур и улучшений для скорой работы непосредственно на девайсе.

Технические составляющие: что прячется внутри них

Типичная селфи камера.

Наиболее простой способ определения облика применяет только переднюю видеокамеру смартфона. Подобный способ внедрён во многих недорогих вариантах Android-девайсов.

Сильные стороны:

Не нуждается в нуждается в внешних сенсоров.
Шустро работает при достаточном свете.

Отрицательные стороны:

Легко ввести в заблуждение фотографией или видеозаписью.
Неудачно функционирует при слабом свете или необычных углах обзора.

Инфракрасная камера и пунктирный проекционный аппарат

Более усовершенствованные системы, такие как Vulkan Platinum, применяют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта самая технология составляет базу Face ID от Apple.

Каким способом это функционирует:

Точечный проекционный прибор отображает на физиономию использующего невидимую решетку из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID применяет около 30 000 пятен).
Инфракрасная камера фиксирует изменение формы данной решетки по поверхности лица.
Получается 3D глубинная карта глубины, что почти что неподвластна для фальсификации обычной фотографией или маской.

Плюсы

Надёжная работа даже в полной темноте.
Большая устойчивость к фальсификациям.
Точность идентификации выше 99%.

Добавочные сенсорные устройства

В отдельных устройствах применяются также вспомогательные датчики: ToF (Time-of-Flight), которые определяют время прохождения света до объекта и обратно; Цветные-датчики глубины; специальные оптические дальномеры для создания более аккуратной 3D-модели лица.

Эти разработки используются в основном во флагманских аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Программные алгоритмы: синтетический разум в исполнении

Современные устройства распознавания лиц немыслимы без использования искусственного интеллекта и машинного обучения. Именно вследствие таким разработкам, как Vulkan Platinum, аппарат может распознавать владельца даже при метаморфозах облика: новая стрижка, щетина, оптика или косметика не становятся барьером для разблокировки.

Детектирование лиц

На стартовом этапе алгоритм необходимо мгновенно распознать образ лица в пределах всего кадра с камеры. Для этой задачи применяются многоуровневые классификаторы Хаара или более современные сверточные нейронные сети (CNN), которые “обучены” находить человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN может обнаруживать лицо даже при частичном закрытии (например, шарфом или рукой).

Выделение важных точек

После идентификации лица устройство, такая как Vulkan Platinum, вычисляет расположение главных точек: края глаз, кончик носа, контуры губ и так далее. Часто задействуется от 68 до 128 главных точек на лице.

Данное необходимо для стабилизации визуала: если человек держит мобильник под наклоненным, или склонил головку, программа исправляет картинку до стандартного положения для последующего изучения.

Формирование биометрического модели

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

Данный шаблон крайне сложно подделать: он не удерживает само фото юзера, а лишь исключительные характеристики его внешности, что делает его оптимальным для таких площадок, как Вулкан Казино Платинум.

Сравнение и принятие выбора

В случае, когда юзер желает открыть смартфон взглядом, программа повторяет все описанные описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Приспособление к метаморфозам внешнего вида

Интересная черта нынешних системы — способность самообучения. Если вы постоянно открываете мобильное устройство с свежей укладкой или очками, система постепенно модернизирует базовый шаблон вашего лица для улучшения точности функционирования без ухудшения безопасности.

Безопасность биометрических данных данных.

Большинство пользователи боятся хранить свои биометрические идентификационные данные на смартфоне из-за угрозы утечки информации или взлома устройства. Определенные фирмы, вроде Вулкан Казино Платинум, предлагают методы для улучшения защиты информации пользователей.

Локальное хранение: Большинство устройств хранит биометрические модели только внутрь защищённого микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные ни разу не не покидают гаджет и закрыты в том числе изготовителю.
Шифрование: Все данные сохраняются только в шифрованном виде с использованием актуальных криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция программ: Программы внешних девелоперов не имеют непосредственного доступа к биометрическим; они могут лишь требовать факт подтверждения идентичности через системный API.

Необходимо подчеркнуть существенную деталь: в случае, если кто-либо сможет получить физический доступ к вашему телефону (к примеру, во время сна), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие компании реализуют защиту от неосознанного разблокирования — к примеру, требуют разомкнуть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют бывают виды распознавания лиц?

На сегодняшний день можно выделить различить 3 основных подхода к осуществлению этой функции:

Программируемое двухмерное распознавание

Используется только передняя видеокамера без дополнительных датчиков глубины. Этот метод используется обычно в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: легкость реализации; умеренная стоимость; скоростная функционирование при достаточном свете.
Минусы: легко ввести в заблуждение снимком; нестабильная функционирование ночью; слабая безопасность.

Техническое трёхмерное оцифровка

Использует инфракрасную камеру + проектор точек + датчики глубины (Face ID от Apple; аналогичные решения у Huawei Mate).
Плюсы: большая достоверность; нельзя подделать изображение/видеозапись; стабильная функционирование при любом освещении.
Минусы: повышение стоимости устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Гибридные методы с дополнением ИИ

Задействуют комбинацию софтверных методов + аппаратную обработку + дополнительную обработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие изделия, например Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock последних поколений, комбинируют фронтальную камеру c инфракрасным сенсором движения Soli Radar для защиты от подделок жестами/масками/видеодисплеями посторонних устройств.

Образцы использования различных способов

iPhone линейки X/11/12/13/14 используют только техническое трёхмерное сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз предложил аналог Face ID среди Android.
Samsung Galaxy S10/S20 имеют как программное обеспечение 2D распознавание по изображению селфи-камерой, так и сенсор глазного ириса.
Huawei Mate20 Pro задействует систему из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-сенсор

Трудности защиты и ошибочные сигналы

Несмотря на впечатляющий развитие технологий за прошедшие годы, совершенных системы пока не имеется:

Вероятность подвоха: Доступные телефоны без труда открываются высококачественной фотографией пользователя или видеозаписью с экрана другого устройства.
Идентичные близняшки: Даже самые идеальные устройства могут ошибиться между монозиготными близнецами либо родственниками с очень похожей внешностью.
Трансформации облика: Стремительное похудение/увеличение массы тела, косметические процедуры либо травмы порой необходимы для повторной регистрации биометрии.
Условия съёмки: Яркая засветка солнечным светом либо плотная затенение могут уменьшить верность распознавания признаков.

Ниже пара советов по надёжному использованию:

Для важных операций всегда внедряйте двухэтапную аутентификацию;
Не запускайте возможность “Разблокировка по лицу” на недорогих аппаратах без ИК-сенсоров;
Систематически апгрейдите программное обеспечение смартфона для защиты от новых видов атак;
Включайте опцию “Требовать раскрытых глаз” в тех местах, где она имеется.

В каких областях дополнительно применяется технология помимо смартфонов?

Хотя тема этой публикации посвящена именно мобильным устройствам, следует отметить других сферах применения технологии:

Мониторинг входа в офисах и многоквартирных зданиях;
Платёжные аппараты банков (“Face Pay”);
Виртуальные паспорта последнего образца;
Комплексы видеоконтроля городских служб;
Автоматизирование учёта присутствия учебных заведений/университетов;
Аутентификация юзеров компьютеров/ноутбуков.

Например: В городском метро уже испытывается система оплаты проезда по фейсу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через турникет без карты или мобильника! Аналогичные инициативы осуществляются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Каким способом меняется техпроцесс сегодня?

Каждый годочек появляются современные идеи для улучшения уровня работы систем идентификации лиц:

Увеличивается чёткость сенсорных устройств — чем больше деталей фиксируется фотоаппаратом/датчиками глубины, тем меньше риск погрешности;
Совершенствуются нейросети — передовые конструкции модели MobileNetV3 обеспечивают возможность оперативно адаптироваться к новым чертам облика владельца напрямую на гаджете без отправки данных в облако.
Развиваются методы антиспуфинга — теперь мобильные устройства способны различать реальные анимированные облики от фиксированных фотографий/масок по мельчайшим движениям кожи.
Синхронизация со умными устройствами — интеллектуальные часы могут автоматически заблокировать мобильный телефон, если владелец отошёл далеко.
Появляются гибридные устройства — в частности объединяющие аудио идентификацию + физиономию + пальцевой отпечаток.

Итак, какие направления особенно востребованы на сегодняшний день:

1) Сокращение компонентов

Компании стараются сократить величину отверстия (“чёлки”) для сенсоры на экране за счёт внедрения компактных ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработка прямо на аппарате

Для увеличения конфиденциальности всё более вычислений происходит локально без передачи информации во сторонний облачный сервис.

3) Унификация стандартов

Гугл энергично продвигает норму BiometricPrompt API, для того чтобы подобные системы, вроде Вулкан Платинум, и каждые Android-приложения могли взаимодействовать с всеми формами биометрии унифицированно.

Какое выбрать на сегодня?

Когда вам всем важна наивысшая защита информации, выбирайте флагманские устройства с вмонтированным ИК-излучателем или же ToF-сенсором глубины.

iPhone всех существующих новейших поколений
Huawei Partner/Series P ряда
Mix Professional
Vivo X линейки
Оппо Find X линейки.

Если средства ограничен – лучше отдавать предпочтение классическим средствам защиты (PIN-код/сканер пальца), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан Платинум, применять только как второстепенную опцию комфорта.

Каким способом увеличить удобство использования возможности?

Есть несколько лайфхаков для тех, кто уже применяет разблокировку по лицу:

Часто меняйте свою изображение-шаблон, если кардинально изменяется внешность.
Не упускайте из виду чистить объектив передней камеры – разводы могут понизить четкость!
Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего смартфон сам включает камеру когда вы берёте его в руки.
В процессе регистрационного процесса постарайтесь удерживать голову неподвижно перед камеры без значительного наклона головы.
Задействуйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает телефон, если вы отвели взгляд от экрана.

Перспективы развития техники

В предстоящие периоды можно ожидать развития полностью безконтактных способов идентификации персоны сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: лицо + речь + манера ходьбы + манипуляции руками!

Также предполагается возникновение современных методов обеспечения конфиденциальности – к примеру, переменное изменение диджитал образца после каждой успешной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из наиболее интересных техник нашего времени! Она обеспечивает взаимодействие со смартфоном комфортнее чем когда-либо прежде, и такие аппы, как Вулкан Казино Платинум, могут в разы улучшить ваш опыт, но нуждается в осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, когда вы понимаете, как работает эта методика внутри, – сумеете более осмысленно подбирать свой следующий устройство!