Каким способом работает идентификация лиц в телефонах

Зачем мы выбираем разблокировку по лицу

В недавние времена определение лиц превратилось в одной из наиболее востребованных функций для деблокировки умных телефонов. Лишь несколько годков назад основная часть пользователей обходились PIN-кодами, ключами доступа или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением таких технологий, например Вулкан Платинум, нам достаточно лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Какая вещь превращает данную функцию очень нужной? Прежде всего, это практично: не нужно удерживать в памяти трудные пароли или находить правильный палец в мраке. Также, это мгновенно: современные алгоритмы идентифицируют лицо практически за доли секунды. В-третью очередь, это ощущение футуристичности — словно в фильмах про vulkan platinum разведчиков.

Впрочем за такой видимой несложностью скрывается весь вселенная трудных технологий и инженерных концепций. Попробуем исследовать, как конкретно действует распознавание лиц в актуальных мобильных телефонах, какие бывают методы, насколько они надёжны и что нас ожидает в будущем.

Сжатая хроника развития технологии

Распознавание лиц как методика присутствует уже более пятидесяти лет. Изначальные эксперименты машинного анализа лица были сделаны еще в 1960-х годах в лабораториях США. Тогда вычислительные машины умели лишь выделять контуры черепа и определять дистанции между зрачками и губами на черно-белых изображениях.

Первые торговые установки возникли в 90-х, но они были неидеальны: работали медленно и часто ошибались. Только с прогрессом синтетических сетей и таких платформ, как Vulkan Platinum, высокопроизводительных мобильных микросхем идентификация лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с достоверным трёхмерным идентификацией лица. За ним последовали Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали внедрять собственные решения.

Основные шаги действия системы распознавания

Процесс идентификации лица можно примерно сегментировать на несколько важных этапов:

Распознавание лиц — устройство выявляет присутствие людского образа в снимке.
Извлечение особенностей — система анализирует черты физиономии: очертания зрительных органов, носа, губ, положение надбровных дуг.
Построение модели — создаётся неповторимый цифровой отпечаток (faceprint) на основе выделенных признаков.
Сравнение со стандартом — сформированный модель сверяется со сохранённой при внесении биометрической данными владельца.
Принятие выбора — если соответствие достаточно существенное, смартфон разблокируется.

Любой из этих шагов нуждается в индивидуальных процедур и улучшений для оперативной работы непосредственно на девайсе.

Аппаратные составляющие: что находится внутри них

Стандартная передняя камера.

Простейший несложный метод идентификации физиономии задействует лишь фронтальную камеру смартфона смартфона. Данный подход осуществлён во различных бюджетных моделях Android-девайсов.

Положительные стороны:

Не требует дополнительных датчиков.
Быстро действует при качественном свете.

Недостатки:

Просто обмануть фотографией или видео.
Неудачно действует при плохом освещении или непривычных углах обзора.

Инфракрасная фотокамера и пунктирный проектор

Более продвинутые системы, такие как Vulkan Platinum, применяют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта самая методика является основой Face ID от Apple.

Каким способом это функционирует:

Точечный устройство проекции показывает на облик юзера невидимую структуру из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID использует около 30 000 пятен).
Инфракрасная устройство фиксирует деформацию этой решетки по поверхности физиономии.
Формируется 3D карта глубины глубинности, что почти что невозможна для фальсификации типичной снимком или маскировкой.

Преимущества

Надёжная работа даже в полной темноте.
Высокая сопротивляемость к фальсификациям.
Точность распознавания более 99%.

Дополнительные сенсоры

В некоторых девайсах задействуются также вспомогательные датчики: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют время прохождения света до предмета и обратно; Трехцветные-датчики дальности; специальные световые измерители расстояния для создания более аккуратной 3D-модели физиономии.

Эти разработки используются наиболее часто во передовых устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные алгоритмы: искусственный интеллект на работе

Современные системы опознания лиц немыслимы при отсутствии использования искусственного интеллекта и машинного обучения. Именно благодаря таким технологиям, как Vulkan Platinum, гаджет способно идентифицировать владельца даже при изменениях облика: новая укладка, щетина, линзы или грим не становятся помехой для разблокировки.

Обнаружение лиц

При первом стадии программа обязана быстро найти ликовое изображение внутри всего кадра с камеры. Для этой задачи используются каскадные классификаторы Хаара или более новейшие конволюционные нейронные сети (CNN), которые натренированы распознавать лица людей среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN в состоянии обнаруживать лицо даже с неполном перекрытии (например, шарфом или ладонью).

Выделение важных моментов

После распознавания лица система, такая как Vulkan Platinum, устанавливает положение основных точек: края глаз, кончик носа, края губ и так далее. Как правило задействуется от 68 до 128 основных меток на лицевой области.

Данное необходимо для выравнивания изображения: если пользователь находится с смартфон под наклоном, или склонил голову, программа корректирует картинку до обычного угла для дальнейшего анализа.

Построение биометрического модели

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

Этот формат очень трудно имитировать: он не хранит непосредственно изображение юзера, а лишь исключительные характеристики его вида, что делает его идеальным для таких систем, как Вулкан Казино Платинум.

Сравнение и вынесение выбора

Когда человек желает разблокировать телефон взором, система повторяет все шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Приспособление к изменениям внешнего вида

Занимательная особенность актуальных системы — способность самообучения. Если ты часто разблокируете смартфон с свежей прической или оптикой, система постепенно обновляет основной образец вашего лица для увеличения точности действия без ухудшения безопасности.

Охрана биометрии данных.

Многие клиенты опасаются держать свои биометрические идентификационные данные на телефоне из-за риска потери данных или взлома устройства. Определенные фирмы, такие как Вулкан Казино Платинум, предлагают варианты для повышения защиты сведений клиентов.

Локальное сохранение: Основная часть устройств хранит биометричные образцы исключительно в пределах защищённого микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они ни разу не не покидают гаджет и недоступны включая производителю.
Шифрование: Все информация сохраняются только в шифрованном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция программ: Приложения внешних девелоперов не обладают непосредственного доступа к биометрическим; они могут лишь запрашивать факт верификации идентичности через системный API.

Стоит упомянуть важную особенность: в случае, если какой-то человек получит доступ к вашему телефону физически (например, во время сна), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство производители осуществляют систему защиты от неосознанного разблокирования — в частности, просят открыть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно бывают типы идентификации лиц на изображениях?

В настоящее время можно выделить 3 ключевых подхода к реализации этой задачи:

Программируемое двухмерное идентификация

Применяется только передняя камера без дополнительных датчиков дистанции. Подобный способ используется чаще всего в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: несложность осуществления; умеренная стоимость; оперативная функционирование при качественном освещении.
Минусы: несложно одурачить фотографией; неустойчивая деятельность ночью; слабая безопасность.

Техническое объёмное сканирование

Задействует ИК видеокамеру + проекционный модуль точек + сенсоры глубины (Face ID от Apple; аналогичные технологии у Huawei Mate).
Преимущества: высокая надежность; не получится исказить фото/видео; постоянная функционирование в любых условиях освещения.
Минусы: повышение стоимости устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные способы с интеграцией ИИ

Задействуют комбинацию программируемых методов + аппаратную обработку + постобработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные изделия, например Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock последних версий, комбинируют фронталку c ИК сенсором мобильности Soli Radar для предотвращения от подделок жестами/масками/видеодисплеями посторонних устройств.

Примеры использования разнообразных способов

iPhone серии X/11/12/13/14 используют только аппаратное трёхмерное 3D-сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые внедрил аналог Face ID в числе Android.
Samsung Galaxy S10 версия/S20 обеспечивают как программное обеспечение двухмерное распознавание по снимку фронталкой, так и сенсор радужки глаза.
Huawei Mate20 Pro использует систему из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Трудности защиты и неверные сигналы

Несмотря на замечательный успехи инноваций за последние лет, безупречных механизмов пока не наблюдается:

Возможность подвоха: Доступные мобильники просто “разблокируются” качественной снимком пользователя либо видеозаписью с дисплея иного гаджета.
Идентичные близняшки: Даже самые безупречные механизмы могут спутать между однояйцевыми близнецами либо семьями с очень аналогичной внешностью.
Метаморфозы облика: Резкое снижение веса/набор веса, косметические процедуры либо повреждения порой необходимы для перерегистрации биометрических данных.
Условия съёмки: Интенсивная освещённость солнечным светом либо глубокая затенение могут понизить точность определения признаков.

Ниже пара рекомендаций по надёжному применению:

Для значимых операций всегда используйте дополнительную аутентификацию;
Не активируйте опцию “Разблокировка по лицу” на недорогих устройствах без ИК-сенсоров;
Регулярно обновляйте прошивку ПО телефона для предотвращения угроз от новых видов атак;
Включайте опцию “Требовать распахнутых глаз” там, где она имеется.

В каких областях дополнительно находится применение технологии помимо смартфонов?

Хотя основная мысль данной статьи сосредоточена на конкретно портативным гаджетам, необходимо сказать о других сферах применения технологии:

Мониторинг доступа в офисах и резиденциях;
Платёжные аппараты банков (“Face Pay”);
Цифровые паспорта нового образца;
Комплексы видеонаблюдения городских подразделений;
Механизация учёта посещаемости учебных заведений/институтов;
Авторизация участников персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В московском метро уже тестируется система оплаты проезда по фейсу (“Face Pay”) — достаточно пройти через турникет без пластика или телефона! Похожие проекты развиваются в Китае (Шэньчжэнь), Республике Корея и ряде стран Европы.

Каким образом изменяется технология в нынешнее время?

Всякий годочек возникают новые концепции для усовершенствования стандарта деятельности систем распознавания лиц:

Увеличивается разрешение сенсорных устройств — чем больше деталей фиксируется видеокамерой/глубинными сенсорами, тем меньше шанс неточности;
Улучшаются нейронные сети — новейшие архитектуры типа MobileNetV3 дают возможность оперативно адаптироваться к новым особенностям внешности обладателя непосредственно на девайсе без пересылки информации в облачное хранилище.
Совершенствуются технологии антиспуфинга — теперь мобильные устройства умеют распознавать подлинные живые лица от неподвижных снимков/маскировок по мельчайшим микродвижениям.
Взаимодействие со смарт-гаджетами — интеллектуальные часы могут самостоятельно заблокировать телефон, если пользователь ушёл далеко.
Появляются комбинированные механизмы — в частности объединяющие аудио аутентификацию + облик + отпечаток пальца.

Вот, которые направления в особенности актуальны сейчас:

1) Миниатюризация элементов

Изготовители намереваются сократить величину отверстия (“чёлки”) для датчики на дисплее за счёт встраивания миниатюрных ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на аппарате

Для повышения личной безопасности всё больше расчётов выполняется локально без отправки данных во сторонний облачный услугу.

3) Упорядочивание регламентов

Google интенсивно продвигает эталон BiometricPrompt API, с целью чтобы подобные платформы, как Вулкан Платинум, и все Android-аппы могли взаимодействовать с всеми формами биометрии единообразно.

Что решить сегодня?

Если вам нужна максимальная защита информации, выбирайте флагманские устройства с интегрированным ИК-проектором или ToF-сенсором глубины.

iPhone каждого новейших моделей
Huawei Mate/P Series линейки
Mi Professional
Vivo X линейки
Оппо Обнаружить Х серии.

Если бюджет скромен – лучше предпочесть обычным средствам безопасности (PIN-код/сканер пальца), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан Платинум, применять только как опциональную опцию удобства.

Каким образом увеличить комфорт работы опции?

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

Регулярно обновляйте свою фотографию-шаблон, если кардинально трансформируется внешность.
Не пренебрегайте протирать объектив передней камеры – разводы могут уменьшить четкость!
Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего смартфон сам запускает фотоаппарат если вы поднимаете его.
В процессе регистрации постарайтесь удерживать голову неподвижно перед видеоустройства не допуская сильного наклона головы.
Применяйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает мобильное устройство, если вы отворачиваетесь от экрана.

Будущее эволюции технологии

В скоро наступающие времена можно предполагать развития полностью бесконтактных способов идентификации человека сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: облик + голос + походка + манипуляции руками!

Также возможно появление новых методов обеспечения конфиденциальности – например, переменное корректировка электронного образца после каждой результативной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – единственная из самых захватывающих инноваций нашего эпохи! Она предоставляет взаимодействие со мобильным устройством проще чем когда-либо прежде, и такие программы, как Вулкан Казино Платинум, могут значительно повысить ваш пользовательский опыт, но требует внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, раз вы осведомлены, как устроена эта методика в деталях, – сумеете осознаннее подбирать свой следующий гаджет!