Каким способом действует распознавание лиц в телефонах

Для чего мы останавливаемся на разблокирование по фейсу

В недавние времена определение лиц стало одной из самых распространённых возможностей для открытия смартфонов. Всего несколько годков ранее основная часть пользователей удовлетворялись пин-кодами, секретными кодами или датчиками отпечатков пальцев. Но при появлением подобных технологий, например Вулкан Платинум, нам вполне просто взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.

Какой аспект обуславливает эту конкретную возможность такой востребованной? Во-первых, это удобно: не нужно удерживать в памяти трудные пароли или искать нужный палец в тьме. Также, это быстро: современные алгоритмы распознают лицо практически за мгновение. В-третью очередь, это чувство футуризма — как будто в фильмах про vulkan platinum агентов.

Тем не менее за данной на первый взгляд легкостью скрывается весь универсум сложных технологий и инженерных концепций. Позвольте нам исследовать, как именно работает фейсканирование в актуальных смартфонах, какие бывают способы, насколько они безопасны и что нас ждёт впереди.

Короткая повествование эволюции техники

Распознавание лиц как техника существует уже более пятидесяти годов. Первые попытки автоматического исследования облика были сделаны еще в 1960-х годы в научных учреждениях США. Тогда компьютеры умели лишь определять очертания лица и измерять промежутки между зрачками и устами на черно-белых фотографиях.

Начальные торговые платформы стали доступны в 90-х, но они были несовершенны: работали медленно и часто давали сбои. Только с эволюцией искусственных сетей и таких систем, как Vulkan Platinum, высокопроизводительных мобильных процессоров идентификация лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В 2017 году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с достоверным трёхмерным распознаванием лица. За ним пошли Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали интегрировать собственные решения.

Главные стадии действия системы распознавания

Процесс идентификации лица можно условно сегментировать на несколько ключевых этапов:

Идентификация лиц — аппарат выявляет присутствие человеческого образа в изображении.
Выделение признаков — система анализирует контуры лица: форму глаз, обонятельного органа, уст, положение надбровных дуг.
Построение шаблона — создаётся неповторимый цифровой отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
Сравнение с стандартом — полученный шаблон сопоставляется с зафиксированной при регистрации биометрической информацией владельца.
Принятие решения — если совпадение достаточно значительное, смартфон открывается.

Любой из этих этапов требует специальных алгоритмов и оптимизаций для скорой работы непосредственно на девайсе.

Аппаратные элементы: что прячется внутри них

Типичная передняя камера.

Самый легкий метод идентификации облика использует исключительно лицевую видеокамеру смартфона. Такой способ реализован во многочисленных доступных моделях Android-устройств.

Плюсы:

Не нуждается в дополнительных датчиков.
Оперативно действует при достаточном свете.

Отрицательные стороны:

Легко одурачить изображением или видео.
Плохо функционирует при низком освещении или нестандартных точках зрения.

ИК фотокамера и точечный 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 функционирует:

Точечный устройство проекции отображает на физиономию использующего невидимую структуру из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID применяет около 30 000 точек).
Инфракрасная камера фиксирует искривление данной решетки по поверхности физиономии.
Получается трехмерная глубинная карта глубинности, что почти что неосуществима для подделки стандартной фотографией или маской.

Преимущества

Надёжная работа даже в полной тьме.
Высокая устойчивость к фальсификациям.
Точность определения выше 99%.

Добавочные датчики

В отдельных аппаратах используются также экстра датчики: ToF (Time-of-Flight), которые определяют время движения луча до цели и обратно; Цветные-датчики глубины; специальные световые лидары для построения более точной 3D-модели лица.

Эти технологии встречаются в основном во флагманских аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные алгоритмы: искусственный разум на исполнении

Текущие устройства распознавания лиц неосуществимы в отсутствие применения искусственного интеллекта и машинного обучения. Именно благодаря таким технологиям, как Vulkan Platinum, устройство в состоянии распознавать юзера даже при метаморфозах внешности: новая причёска, растительность на лице, очки или грим не становятся помехой для деблокировки.

Распознавание лица

На первом стадии программа обязана быстро обнаружить образ лица в пределах всего снимка камеры. Для данной цели задействуются каскадные классификаторы Хаара или более современные конволюционные нейронные сети (CNN), которые подготовлены распознавать лица людей среди множества других объектов.

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

Идентификация ключевых моментов

После обнаружения лица система, такая как Vulkan Platinum, определяет расположение ключевых точек: кончики глаз, кончик носа, контуры губ и так далее. Часто применяется от 68 до 128 основных меток на лицевой поверхности.

Данное нужно для выравнивания визуала: если человек удерживает мобильник под углом, или склонил голову, программа исправляет картинку до нормального состояния для последующего изучения.

Формирование биометрии образца

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

Этот шаблон очень трудно подделать: он не сохраняет непосредственно картинку пользователя, а лишь уникальные характеристики его облика, что делает его совершенным для таких систем, как Вулкан Казино Платинум.

Сопоставление и принятие заключения

Если пользователь хочет разблокировать телефон глазами, программа воспроизводит все шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает заданный порог (обычно больше 99%), телефон, как и платформа Вулкан Казино Платинум, разблокируется; если нет — доступ не предоставляется.

Приспособление к метаморфозам внешности

Интересная характеристика нынешних системы — возможность самостоятельного обучения. Если вы регулярно открываете смартфон с новой стрижкой или оптикой, система постепенно освежает базовый шаблон вашего лица для повышения точности работы без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрических информации.

Большинство юзеры боятся сохранять свои био-идентификационные данные на смартфоне из-за риска утечки данных или взлома устройства. Иные организации, например Вулкан Казино Платинум, предлагают решения для улучшения безопасности данных пользователей.

Локальное хранение: Преимущественно аппаратов записывает био-идентификационные образцы исключительно в пределах безопасного процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные всегда не оставляют устройство и закрыты включая производителю.
Шифрование: Все сведения сохраняются только в шифрованном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция программ: Программы сторонних разработчиков не имеют прямого возможности доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать факт верификации личности через системный API.

Стоит упомянуть значимую подробность: в случае, если кто-то получит доступ к вашему телефону физически (к примеру, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество изготовители реализуют защиту от неосознанного разблокирования — например, заставляют открыть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие бывают виды распознавания лиц на изображениях?

В настоящее время можно различить три ключевых способа к осуществлению этой задачи:

Софтверное двухмерное распознавание

Эксплуатируется только фронтальная камера без экстра сенсоров глубины. Этот метод используется наиболее часто в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: легкость осуществления; низкая стоимость; скоростная деятельность при хорошем свете.
Минусы: просто одурачить фотографией; неустойчивая функционирование ночью; недостаточная охрана.

Оборудование для объёмное сканирование

Использует инфракрасную камеру + проектор точек + датчики глубины (Face ID у Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Достоинства: высокая надежность; не получится обмануть фото/видео; постоянная функционирование в любых условиях освещения.
Минусы: удорожание устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные способы с интеграцией ИИ

Используют комбинацию софтверных методов + аппаратную обработку + постобработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие товары, как Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock новейших поколений, объединяют фронтальную камеру c инфракрасным сенсором мобильности Soli Radar для защиты от подделок жестами/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Иллюстрации применения разных методов

iPhone серии X/11/12/13/14 задействуют только физическое трёхмерное 3D-сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз представил подобие Face ID среди Android.
Samsung Galaxy S10/S20 поддерживают как программное плоское определение по снимку фронтальной камерой, так и датчик радужки глаза.
Huawei Mate20 Pro использует систему из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-датчик

Проблемы защиты и неверные тревоги

Несмотря на поразительный развитие техники за последние годы, совершенных системы пока не существует:

Вероятность обмана: Бюджетные телефоны легко “разблокируются” качественной снимком хозяина либо роликом с экрана другого устройства.
Идентичные близнецы: Даже самые безупречные механизмы могут спутать между монозиготными близнецами либо семьями с очень похожей внешностью.
Метаморфозы внешнего вида: Резкое похудение/увеличение массы тела, пластические операции или травмы порой необходимы для перерегистрации биометрии.
Условия записи: Сильная освещённость солнечным светом или глубокая затенение могут снизить точность определения признаков.

Ниже некоторые советов по защищённому эксплуатации:

Для важных операций всегда применяйте двухэтапную аутентификацию;
Не включайте опцию “Разблокировка по лицу” на недорогих устройствах без ИК-сенсоров;
Постоянно апгрейдите ПО смартфона для защиты от новых видов атак;
Включайте функцию “Требовать открытых глаз” везде, где она есть.

В каких местах также находится применение технологии за исключением мобильных телефонов?

Несмотря на то, что тема этой статьи сосредоточена на именно смартфонам и планшетам, стоит упомянуть о альтернативных областях использования технологии:

Контроль доступа в деловых центрах и жилых домах;
Платёжные аппараты финансовых учреждений (“Face Pay”);
Электронные паспорта современного образца;
Комплексы видеонаблюдения городских подразделений;
Автоматизация отслеживания присутствия образовательных учреждений/институтов;
Аутентификация юзеров ПК/ноутбуков.

Например: В московском метро уже тестируется система оплаты проезда по лицу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через турникет без пластика или мобильника! Аналогичные инициативы осуществляются в Китае (Шэньчжэнь), Республике Корея и ряде стран Европы.

Как трансформируется техпроцесс сегодня?

Всякий год появляются свежие мысли для улучшения качества деятельности систем лицевого распознавания:

Увеличивается детализация сенсорных устройств — чем больше элементов фиксируется камерой/датчиками глубины, тем меньше шанс погрешности;
Совершенствуются нейросети — передовые конструкции типа MobileNetV3 обеспечивают возможность быстро адаптироваться к дополнительным характеристикам облика владельца напрямую на гаджете без отправки данных в облако.
Развиваются методы антиспуфинга — теперь смартфоны способны распознавать подлинные анимированные облики от статичных снимков/маскировок по незаметным движениям кожи.
Взаимодействие со интеллектуальными приборами — интеллектуальные часы могут авто заблокировать мобильный телефон, если обладатель ушёл далеко.
Появляются комбинированные механизмы — к примеру объединяющие речевую опознание + физиономию + отпечаток пальца.

Здесь, которые тенденции в особенности актуальны в данный момент:

1) Уменьшение деталей

Компании стараются уменьшить величину прорези (“чёлки”) для сенсоры на экране за счёт встраивания маленьких ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработка прямо на устройстве

Для увеличения конфиденциальности всё больше вычислений происходит на месте без отправки информации во дополнительный облачный сервис.

3) Стандартизация стандартов

Google энергично продвигает стандарт BiometricPrompt API, для того чтобы такие платформы, вроде Вулкан Платинум, и все Android-аппы были совместимы с различными типами биометрии унифицированно.

Что выбрать сегодня?

Если вам нужна наивысшая защита информации, подбирайте топовые аппараты с интегрированным ИК-излучателем либо ToF-датчиком глубины.

iPhone всех последних версий
Huawei Partner/P Series линейки
Mi Expert
Vivo X модели
Oppo Найти Х серии.

Если средства ограничен – лучше предпочесть обычным методам защиты (PIN-код/сканер отпечатка), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан Платинум, задействовать только как опциональную опцию комфорта.

Каким способом улучшить практичность использования функции?

Есть некоторые советов для тех, кто уже пользуется разблокировку через лицо:

Часто обновляйте свою фото-шаблон, если кардинально трансформируется внешность.
Не упускайте из виду очищать линзу фронтальной камеры – разводы могут понизить четкость!
Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего мобильник сам запускает камеру как только вы берёте его в руки.
Во время записи пытайтесь сохранять голову неподвижно впереди камеры исключая сильного наклона головы.
Задействуйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает мобильное устройство, если вы отвели взгляд от экрана.

Будущее развития технологии

В предстоящие годы можно предвкушать развития полностью безконтактных способов идентификации человека сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: лицо + речь + походка + жесты рук!

Также вероятно развитие современных подходов защиты приватности – к примеру, динамическое изменение цифрового образца после каждой успешной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из очень захватывающих техник нашего времени! Она предоставляет общение со смартфоном комфортнее чем когда-либо прежде, и такие аппы, как Вулкан Казино Платинум, могут значительно улучшить ваш юзерский опыт, но запрашивает внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, раз вы осведомлены, как работает эта технология изнутри, – будете в состоянии осознаннее подбирать свой будущий устройство!