Каким способом действует распознавание лиц в смартфонах

Для чего мы останавливаемся на разблокировку по лицу

В прошлые времена распознавание лиц превратилось в одной из наиболее востребованных возможностей для разблокировки смартфонов. Лишь пару годков назад большинство использующих обходились пин-кодами, ключами доступа или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением подобных технологий, например Вулкан Платинум, нам достаточно лишь взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Какая вещь делает эту возможность настолько популярной? Прежде всего, это практично: не нужно помнить трудные пароли или искать верный палец в мраке. Также, это оперативно: современные алгоритмы узнают лицо практически за доли секунды. В-третьем пункте, это впечатление футуристичности — словно в фильмах про вулкан платинум шпионов.

Однако за данной видимой несложностью скрывается весь вселенная сложных методов и инженерных решений. Попробуем понять, как точно действует распознавание лиц в актуальных гаджетах, какие бывают технологии, насколько они защищены и что нас ждёт впереди.

Короткая история развития техники

Идентификация лиц как техника присутствует уже более пятидесяти годов. Изначальные попытки автоматизированного изучения облика были сделаны еще в 1960-х годы в исследовательских центрах США. Тогда ЭВМ способны были лишь определять контуры головы и измерять промежутки между очами и устами на черно-белых снимках.

Первые торговые платформы возникли в 1990-х годах, но они были далеки от совершенства: функционировали медленно и часто давали сбои. Только с прогрессом искусственных сетей и таких систем, как Vulkan Platinum, сильных мобильных чипов распознавание лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый массовый смартфон с безопасным трёхмерным сканированием лица. За ним пошли Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали интегрировать свои разработки.

Главные шаги функционирования системы распознавания

Процесс идентификации лица можно условно поделить на несколько важных этапов:

1. Обнаружение лиц — аппарат выявляет наличие человеческого образа в изображении.
2. Определение особенностей — алгоритм исследует черты лица: конфигурацию зрительных органов, носа, уст, позицию бровей.
3. Построение структуры — создаётся уникальный виртуальный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
4. Сравнение с эталоном — сформированный шаблон сопоставляется с сохранённой при учёте биометрической данными владельца.
5. Принятие решения — если сходство достаточно высокое, смартфон разблокируется.

Любой из указанных стадий нуждается в особых алгоритмов и усовершенствований для быстрой работы прямо на устройстве.

Железные компоненты: что находится внутри

Обычная фронтальная камера.

Наиболее простой способ распознавания лица применяет только лицевую камеру мобильного устройства. Данный способ реализован во различных недорогих моделях Android-устройств.

Сильные стороны:

• Не потребляет внешних датчиков.
• Шустро функционирует при хорошем освещённости.

Слабые стороны:

• Просто ввести в заблуждение фотографией или видеозаписью.
• Плохо функционирует при низком освещении или необычных углах обзора.

ИК камера и пунктирный проекционный аппарат

Более совершенные системы, такие как Vulkan Platinum, используют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта техпроцесс лежит в основе Face ID от Apple.

Как это действует:

• Точечный проекционный прибор проецирует на физиономию использующего невидимую структуру из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID применяет около 30 000 меток).
• Инфракрасная устройство регистрирует искривление этой сетки по плоскости лица.
• Формируется трёхмерная глубинная карта глубинности, которая практически неподвластна для подделки типичной фото или маскировкой.

Плюсы

• Надёжная работа даже в полной темноте.
• Большая устойчивость к имитациям.
• Точность определения свыше 99%.

Добавочные сенсорные устройства

В отдельных девайсах применяются также дополнительные датчики: ToF (Time-of-Flight), которые определяют период движения луча до предмета и обратно; Цветные-датчики глубины; специальные световые лидары для создания более точной 3D-модели физиономии.

Эти технологии встречаются наиболее часто во флагманских устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные алгоритмы: искусственный разум в работе

Текущие устройства распознавания лиц невозможны при отсутствии использования искусственного интеллекта и machine learning. Именно вследствие таким технологиям, как Vulkan Platinum, гаджет может распознавать владельца даже при метаморфозах внешности: новая причёска, растительность на лице, оптика или косметика не становятся барьером для деблокировки.

Распознавание физиономии

При первом шаге алгоритм необходимо мгновенно обнаружить образ лица в пределах полного кадра с камеры. Для этого используются каскадные классификаторы Хаара или более продвинутые конволюционные нейронные сети (CNN), которые натренированы идентифицировать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN способен находить физиономию даже при частичном закрытии (например, шарфом или рукой).

Определение важных точек

После распознавания лица система, такая как Vulkan Platinum, определяет расположение ключевых точек: кончики глаз, конец носа, границы губ и так далее. Обычно применяется от 68 до 128 основных маркеров на лицевой поверхности.

Это необходимо для нормализации изображения: если юзер держит мобильник под наклоном, или склонил голову, программа исправляет картинку до нормального состояния для последующего изучения.

Создание биометрического идентификатора образца

Далее искусственная сеть строит уплотненное числовое представление („эмбеддинг“) облика пользователя — своеобразный цифровой „отпечаток“ внешности длиной от 128 до 512 чисел с плавающей запятой.

Такой шаблон очень трудно сфальсифицировать: он не сохраняет само картинку юзера, а лишь исключительные характеристики его вида, что делает его оптимальным для таких платформ, как Вулкан Казино Платинум.

Сравнительный анализ и принятие заключения

Когда человек желает разлочить мобильник глазами, программа осуществляет все указанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Адаптация к трансформациям облика

Занимательная характеристика современных системы — способность самообучения. Если вы постоянно доступаете к смартфон с обновленной прической или оптикой, программа постепенно модернизирует эталонный образец вашего облика для улучшения точности функционирования без ухудшения безопасности.

Защита биометрии данных.

Многие юзеры боятся хранить свои биометрические идентификационные данные на телефоне из-за вероятности утечки данных или взлома гаджета. Иные организации, такие как Вулкан Казино Платинум, предлагают методы для повышения безопасности информации юзеров.

• Локальное сбережение: Основная часть аппаратов хранит биометрические образцы только внутри защищённого чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не оставляют аппарат и закрыты в том числе создателю.

• Шифрование: Все данные сберегаются только в зашифрованном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция приложений: Приложения внешних девелоперов не обладают непосредственного возможности доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать подтверждение подтверждения личности через системный API.

Стоит отметить важную подробность: в случае, если кто-либо сможет получить физический доступ к вашему телефону (к примеру, пока вы спите), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество компании внедряют защиту от неосознанного разблокирования — например, просят разомкнуть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно бывают виды определения лиц на изображениях?

В настоящее время можно определить выделить три ключевых метода к реализации этой задачи:

Программируемое 2D распознавание

Используется только фронтальная видеокамера без экстра датчиков дистанции. Подобный метод встречается наиболее часто в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: простота реализации; низкая цена; скоростная работа при достаточном освещении.
Минусы: легко одурачить фотографией; неустойчивая функционирование ночью; низкая безопасность.

Аппаратное 3D сканирование

Использует инфракрасную видеокамеру + проектор пикселей + датчики глубины (Face ID у Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Преимущества: большая надёжность; невозможно подделать изображение/видеозапись; устойчивая функционирование в любых условиях освещения.
Минусы: увеличение цены устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана („чёлка“)

Комбинированные способы с дополнением ИИ

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

Образцы эксплуатации разных способов

• iPhone модели X/11/12/13/14 используют только техническое трёхмерное сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз внедрил эквивалент Face ID в ряду Android.
• Samsung Galaxy S10 версия/S20 поддерживают как программное двухмерное определение по снимку фронталкой, так и датчик радужки глаза.
• Huawei Mate20 Pro применяет набор из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-сенсор

Трудности безопасности и неверные тревоги

Несмотря на впечатляющий развитие техники за прошедшие лет, идеальных систем пока не наблюдается:

1. Шанс обмана: Доступные телефоны без труда открываются высококачественной изображением хозяина либо видео с дисплея иного гаджета.
2. Идентичные близняшки: Даже самые идеальные устройства могут ошибиться между однояйцевыми близнецами либо родичами с очень аналогичной внешностью.
3. Трансформации внешнего вида: Резкое похудение/набор веса, пластические операции либо травмы иногда требуют повторной регистрации биометрических данных.
4. Условия записи: Яркая освещённость солнцем либо интенсивная затенение могут снизить аккуратность распознавания признаков.

Ниже пара советов по надёжному применению:

• Для важных операций всегда используйте двухфакторную аутентификацию;
• Не запускайте опцию „Разблокировка по лицу“ на недорогих моделях без ИК-сенсоров;
• Систематически обновляйте программное обеспечение мобильного устройства для обеспечения безопасности от современных угроз;
• Включайте опцию „Требовать открытых глаз“ в тех местах, где она доступна.

Где также применяется технологии кроме мобильных телефонов?

Пускай предмет нашей статьи посвящена именно мобильным устройствам, необходимо сказать о альтернативных областях использования технологии:

• Мониторинг входа в офисах и резиденциях;
• Платёжные устройства финансовых учреждений („Face Pay“);
• Виртуальные удостоверения личности современного типа;
• Комплексы видеоконтроля городских подразделений;
• Механизация отслеживания посещаемости школ/вузов;
• Вход участников ПК/ноутбуков.

Например: В городском метро уже испытывается система платежа проезда по фейсу („Face Pay“) — достаточно пройти через барьер без карты или мобильника! Похожие инициативы развиваются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Республике Корея и некоторых европейских странах.

Как изменяется технология сегодня?

Каждый год проявляются новые концепции для повышения качества деятельности систем распознавания лиц:

1. Увеличивается детализация сенсоров — чем больше деталей фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше вероятность погрешности;
2. Развиваются нейронные сети — современные архитектуры модели MobileNetV3 дают возможность скоростно адаптироваться к новым чертам вида обладателя напрямую на гаджете без отправки данных в облако.
3. Развиваются способы антиспуфинга — теперь мобильные устройства способны различать реальные анимированные лица от статичных фотографий/масок по мельчайшим движениям кожи.
4. Интеграция со смарт-гаджетами — умные часы могут самостоятельно блокировать смартфон, если владелец ушёл далеко.
5. Возникают гибридные механизмы — в частности комбинирующие голосовую идентификацию + облик + пальцевой отпечаток.

Вот, которые тренды особенно популярны сейчас:

1) Миниатюризация деталей

Производители пытаются сократить величину прорези („чёлки“) для датчики на дисплее за счёт внедрения маленьких ИК-проекторов прямо под поверхность дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Переработка прямо на аппарате

Для увеличения приватности всё более обработки данных происходит на месте без отправки информации во внешний облачный сервис.

3) Стандартизация стандартов

Гугл интенсивно продвигает норму BiometricPrompt API, для того чтобы такие системы, как Вулкан Платинум, и любые Android-приложения могли работать с всеми формами биометрии стандартизированно.

Какое выбрать сегодня?

Когда вам важна максимальная сохранность данных, подбирайте флагманские аппараты с вмонтированным ИК-излучателем или же ToF-датчиком глубины.

• iPhone каждого актуальных поколений
• Huawei Mate/Series P ряда
• Mix Professional
• Vivo X модели
• Oppo Обнаружить Х серий.

Если финансы скромен – лучше отдавать предпочтение классическим методам безопасности (PIN-код/сканер отпечатка), а функцию „разблокировка по лицу“, такую как в Вулкан Платинум, задействовать только как второстепенную возможность удобства.

Как увеличить комфорт функционирования функции?

Есть несколько лайфхаков для людей, кто уже пользуется разблокировку через лицо:

1. Периодически меняйте свою фотографию-шаблон, если сильно трансформируется внешний вид.
2. Не забывайте чистить объектив передней камеры – пятна могут уменьшить точность!
3. Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего смартфон сам запускает камеру как только вы берёте его в руки.
4. В процессе регистрационного процесса постарайтесь сохранять лицевую часть неподвижно перед видеоустройства без резкого наклона головы.
5. Используйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она блокирует мобильное устройство, если вы отвели взгляд от экрана.

Возможности прогресса технологии

В скоро наступающие годы можно предвкушать появления полностью бесконтактных способов опознания индивидуума сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: облик + звучание + походка + жесты рук!

Также предполагается появление современных подходов обеспечения конфиденциальности – к примеру, переменное модификация электронного шаблона после каждой результативной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из самых захватывающих инноваций нашего эпохи! Она предоставляет интеракцию со телефоном удобнее чем когда-либо прежде, и такие приложения, как Вулкан Казино Платинум, могут существенно оптимизировать ваш пользовательский опыт, но требует осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, раз вы знаете, как устроена эта технология изнутри, – сумеете осознаннее подбирать свой будущий гаджет!