Каким способом действует распознавание лиц в смартфонах

Зачем мы останавливаемся на разблокировку по лицевому распознаванию

В прошлые годы идентификация лиц стало одной из наиболее востребованных функций для открытия мобильных телефонов. Еще несколько годов ранее основная масса пользователей удовлетворялись пин-кодами, паролями или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением подобных технологий, например вулкан россия, нам достаточно просто взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.

Какой аспект обуславливает эту конкретную особенность такой востребованной? Прежде всего, это практично: не нужно удерживать в памяти сложные пароли или находить нужный палец в мраке. Также, это быстро: современные алгоритмы распознают лицо фактически за мгновения ока. В-третьих, это ощущение футуристичности — будто в кинолентах про вулкан казино шпионов.

Однако за этой видимой простотой прячется весь мир трудных техник и инженерных разработок. Давайте понять, как точно работает идентификация по лицу в современных гаджетах, какие существуют способы, насколько они надёжны и что нас ждёт впереди.

Краткая хроника прогресса техники

Идентификация лиц как технология существует уже более 50 годов. Изначальные эксперименты машинного изучения лица были сделаны еще в 1960-х годы в лабораториях США. Тогда ЭВМ умели лишь обозначать силуэты головы и измерять дистанции между зрачками и ртом на черно-белых снимках.

Начальные коммерческие системы появились в 1990-х годах, но они были далеки от совершенства: действовали неспешно и нередко ошибались. Только с развитием искусственных сетей и таких систем, как вулкан россии, сильных мобильных чипов 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 надёжным трёхмерным идентификацией лица. За ним пошли Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие стали интегрировать свои решения.

Ключевые этапы работы механизма определения

Процесс определения лица можно примерно сегментировать на несколько ключевых этапов:

1. Идентификация лица — камера выявляет присутствие человеческого лица в снимке.
2. Выделение признаков — механизм анализирует контуры лица: форму зрительных органов, обонятельного органа, губ, положение надбровных дуг.
3. Построение модели — создаётся особенный цифровой отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение со эталоном — полученный модель сверяется с сохранённой при учёте биометрической информацией владельца.
5. Принятие решения — если сходство достаточно высокое, смартфон деблокируется.

Каждый из данных шагов нуждается в специальных процедур и усовершенствований для оперативной работы непосредственно на девайсе.

Технические составляющие: что скрыто внутри

Стандартная фронтальная камера.

Наиболее легкий метод определения облика применяет исключительно переднюю камеру смартфона мобильного устройства. Такой подход реализован во различных бюджетных вариантах Android-девайсов.

Плюсы:

• Не нуждается в нуждается в дополнительные датчиков.
• Оперативно работает при качественном освещённости.

Слабые стороны:

• Несложно ввести в заблуждение фотографией или видео.
• Плохо функционирует при слабом освещении или нестандартных точках зрения.

ИК камера и пунктирный проектор

Более продвинутые системы, такие как вулкан россии, используют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта самая технология является основой Face ID от Apple.

Как это действует:

• Точечный устройство проекции отображает на облик использующего невидимую решетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID использует около 30 000 пятен).
• Инфракрасная камера записывает изменение формы данной решетки по плоскости физиономии.
• Получается трёхмерная карта глубины глубины, которая практически невозможна для фальсификации типичной снимком или маскировкой.

Плюсы

• Надёжная деятельность даже в полной неосвещённости.
• Высокая сопротивляемость к подделкам.
• Точность идентификации свыше 99%.

Добавочные сенсорные устройства

В определённых аппаратах используются также вспомогательные датчики: ToF (Time-of-Flight), которые определяют время движения света до цели и обратно; Цветные-датчики глубины; специальные лазерные дальномеры для формирования более точной 3D-модели лица.

Эти технологии используются чаще всего во топовых аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные процедуры: искуственный ум на исполнении

Текущие устройства опознания лиц неосуществимы при отсутствии применения искусственного интеллекта и machine learning. Именно благодаря таким технологиям, как вулкан россии, аппарат может распознавать юзера даже при трансформациях внешнего вида: новая стрижка, щетина, оптика или макияж не становятся препятствием для открытия.

Детектирование лиц

При начальном шаге программа должна быстро распознать ликовое изображение внутри полного кадра камеры. Для этого используются каскадные классификаторы Хаара или более современные конволюционные нейронные сети (CNN), которые натренированы распознавать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN в состоянии распознавать облик даже с неполном перекрытии (например, шарфом или рукой).

Идентификация ключевых аспектов

После распознавания лица система, такая как вулкан россии, вычисляет местоположение основных точек: края глаз, конец носа, границы губ и так далее. Часто задействуется от 68 до 128 основных маркеров на лицевой поверхности.

Это необходимо для стабилизации картинки: если человек находится с мобильник под наклоном, или склонил голову, программа корректирует изображение до обычного угла для последующего изучения.

Построение биометрии модели

Далее искусственная сеть строит сжатое числовое представление (“эмбеддинг”) лица пользователя — своеобразный цифровой след внешности длиной от 128 до 512 флоатов.

Данный образец очень трудно имитировать: он не сохраняет само фото пользователя, а лишь исключительные черты его внешности, что делает его идеальным для таких систем, как vulkan russia.

Сравнение и вынесение заключения

Когда человек хочет разблокировать телефон взором, механизм воспроизводит все описанные описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает определённый уровень (обычно превышает 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, доступен; если нет — доступ запрещается.

Адаптация к изменениям внешности

Занимательная особенность современных систем — возможность самообучения. Если вы постоянно открываете мобильное устройство с новой укладкой или оптикой, система постепенно обновляет базовый образец вашего облика для повышения точности работы без ухудшения безопасности.

Охрана биометрических информации.

Большинство юзеры беспокоятся хранить свои биометрические данные на смартфоне из-за риска утечки данных или хакерской атаки. Определенные фирмы, например vulkan russia, предоставляют варианты для увеличения сохранности информации пользователей.

• Локальное сбережение: Основная часть аппаратов хранит био-идентификационные модели лишь внутрь безопасного микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не покидают аппарат и не доступны включая изготовителю.

• Шифрование: Все информация хранятся только в зашифрованном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция программ: Программы сторонних девелоперов не имеют непосредственного возможности доступа к биометрическим данным; они могут лишь запрашивать факт подтверждения личности через системный API.

Следует отметить значимую особенность: в случае, если какой-то человек достанет доступ к вашему телефону физически (к примеру, во время сна), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие изготовители реализуют меры безопасности от “слепого” разблокирования — например, просят открыть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие имеются виды определения лиц?

На сегодняшний день можно выделить определить 3 ключевых подхода к реализации этой задачи:

Софтверное 2D идентификация

Эксплуатируется только лицевая видеокамера без дополнительных детекторов глубины. Такой способ наблюдается обычно в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: легкость реализации; умеренная стоимость; быстрая функционирование при качественном освещении.
Минусы: легко одурачить снимком; неустойчивая функционирование ночью; слабая охрана.

Техническое трёхмерное сканирование

Применяет ИК видеокамеру + проектор пикселей + датчики глубины (Face ID от Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Преимущества: большая надежность; невозможно исказить изображение/видеозапись; стабильная деятельность при любом освещении.
Минусы: удорожание устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные методы с интеграцией ИИ

Применяют комбинацию софтверных методов + аппаратную обработку + постобработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие товары, как вулкан россии и Google Pixel Face Unlock последних поколений, сочетают фронталку c инфракрасным датчиком движения Soli Radar для защиты от фальсификаций руками/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Иллюстрации применения разных методов

• iPhone серии X/11/12/13/14 применяют только аппаратное трёхмерное сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз предложил аналог Face ID в числе Android.
• Samsung Galaxy S10/S20 обеспечивают как программное обеспечение 2D определение по снимку селфи-камерой, так и датчик ириса глаза.
• Huawei Mate20 Pro применяет набор из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-датчик

Трудности защиты и неверные сигналы

Несмотря на впечатляющий успехи инноваций за недавние лет, безупречных систем пока не наблюдается:

1. Вероятность подвоха: Недорогие мобильники легко открываются качественной фотографией пользователя либо видео с экрана другого устройства.
2. Идентичные близнецы: Даже самые совершенные системы могут перепутать между однояйцевыми близнецами либо родичами с очень похожей внешностью.
3. Изменения облика: Резкое утрата веса/увеличение массы тела, хирургические вмешательства либо травмы порой требуют перерегистрации биометрических данных.
4. Условия фотографирования: Яркая освещённость солнечным светом или глубокая темнота могут снизить аккуратность определения признаков.

Вот некоторые подсказок по безопасному эксплуатации:

• Для значимых операций всегда используйте дополнительную аутентификацию;
• Не активируйте возможность “Разблокировка по лицу” на дешёвых моделях без ИК-сенсоров;
• Постоянно обновляйте прошивку прошивку смартфона для защиты от новых видов атак;
• Включайте опцию “Требовать раскрытых глаз” в тех местах, где она имеется.

В каких местах также применяется технология за исключением мобильных телефонов?

Пускай основная мысль данной статьи касается в частности мобильным устройствам, необходимо сказать о альтернативных областях использования технологии:

• Мониторинг доступа в деловых центрах и жилых домах;
• Платёжные аппараты банков (“Face Pay”);
• Виртуальные паспорта современного образца;
• Комплексы видеонаблюдения муниципальных подразделений;
• Автоматизирование отслеживания явки школ/университетов;
• Вход пользователей ПК/ноутбуков.

Например: В московском метро уже проверяется система платежа проезда по лицу (“Face Pay”) — хватит пройти через барьер без пластика или мобильника! Похожие проекты осуществляются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Каким образом изменяется техпроцесс в нынешнее время?

Любой годочек проявляются свежие концепции для усовершенствования стандарта функционирования систем идентификации лиц:

1. Увеличивается чёткость датчиков — чем больше деталей фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше шанс неточности;
2. Развиваются нейронные сети — новейшие структуры типа MobileNetV3 обеспечивают возможность оперативно осваивать свежим характеристикам облика владельца непосредственно на девайсе без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Развиваются способы антиспуфинга — теперь мобильные устройства умеют отличать подлинные движущиеся облики от статичных фото/масок по незаметным микродвижениям.
4. Интеграция со умными устройствами — умные часы могут автоматически закрыть доступ к телефон, если владелец удалился на значительное расстояние.
5. Появляются смешанные устройства — в частности комбинирующие речевую опознание + физиономию + дактилоскопический след.

Итак, какие тренды очень актуальны сейчас:

1) Миниатюризация деталей

Изготовители пытаются уменьшить величину выреза (“чёлки”) для датчики на экране за счёт внедрения миниатюрных ИК-проекторов прямо под поверхность дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на устройстве

Для улучшения приватности всё более вычислений происходит локально без пересылки данных во внешний облачный сервис.

3) Упорядочивание стандартов

Google энергично продвигает стандарт BiometricPrompt API, для того чтобы аналогичные площадки, например как вулкан россия, и каждые Android-программы могли работать с всеми формами биометрии единообразно.

Что выбрать на сегодня?

В случае если вам важна максимальная защита данных, остановите выбор на передовые устройства со встроенным ИК-проектором либо ToF-сенсором глубины.

• iPhone всех актуальных моделей
• Huawei Partner/Series P линейки
• Mi Professional
• Vivo X модели
• Оппо Найти X серий.

Если бюджет ограничен – лучше отдавать предпочтение обычным способам безопасности (PIN-код/сканер отпечатка), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, использовать только как второстепенную опцию удобства.

Как увеличить комфорт использования опции?

Есть несколько лайфхаков для пользователей, кто уже пользуется функцию распознавания лица:

1. Часто меняйте свою фотографию-шаблон, если кардинально изменяется внешность.
2. Не забывайте очищать объектив фронтальной камеры – разводы могут снизить четкость!
3. Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате мобильник сам запускает камеру как только вы поднимаете его.
4. При регистрационного процесса старайтесь удерживать лицевую часть ровно перед видеоустройства без значительного наклона головы.
5. Задействуйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает телефон, если вы отвели взгляд от экрана.

Возможности развития технологии

В скоро наступающие годы можно предвкушать появления полностью бесконтактных способов распознавания человека сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: физиономия + голос + манера ходьбы + движения рук!

Также возможно появление современных способов обеспечения конфиденциальности – к примеру, динамическое изменение электронного паттерна после каждой результативной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из наиболее интересных инноваций нашего времени! Она делает взаимодействие со телефоном комфортнее чем когда-либо прежде, и такие программы, как vulkan russia, могут существенно повысить ваш опыт, но требует внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, если вы понимаете, как устроена эта система изнутри, – сможете вдумчиво подбирать свой будущий устройство!