Каким образом действует распознавание лиц в смартфонах

Для чего мы предпочитаем разлочивание по лицу

В последние времена определение лиц является одной из самых распространённых функций для деблокировки смартфонов. Еще пару лет тому назад большинство использующих довольствовались пин-кодами, паролями или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, как вулкан россия, нам достаточно лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Какая вещь превращает эту функцию такой востребованной? Прежде всего, это комфортно: не нужно помнить трудные пароли или искать нужный палец в темноте. Также, это оперативно: современные алгоритмы распознают лицо фактически за доли секунды. В-третью очередь, это ощущение будущего — словно в кинолентах про вулкан автомат шпионов.

Впрочем за такой видимой легкостью таится полный мир комплексных техник и инженерных концепций. Попробуем разобраться, как точно функционирует идентификация по лицу в новейших гаджетах, какие бывают способы, насколько они безопасны и что нас ждёт впереди.

Сжатая история эволюции техники

Идентификация лиц как техника существует уже более 50 годов. Начальные попытки автоматизированного анализа лица были осуществлены еще в 1960-х годах в лабораториях США. Тогда вычислительные машины способны были лишь обозначать контуры головы и определять расстояния между глазами и ртом на черно-белых изображениях.

Изначальные бизнес платформы возникли в 90-х, но они были далеки от совершенства: работали медленно и часто давали сбои. Только с прогрессом искусственных сетей и таких площадок, как вулкан россии, мощных мобильных чипов определение лиц стало по-настоящему массовым явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с надёжным трёхмерным идентификацией лица. За этим последовали Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали внедрять свои разработки.

Основные стадии работы устройства определения

Процесс идентификации лица можно ориентировочно поделить на несколько основных этапов:

1. Распознавание лица — устройство распознает присутствие гуманного образа в кадре.
2. Определение особенностей — алгоритм анализирует особенности облика: форму зрительных органов, обонятельного органа, губ, положение бровей.
3. Построение структуры — создаётся уникальный электронный отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение с эталоном — сформированный модель сверяется с зафиксированной при учёте биометрической данными владельца.
5. Принятие определения — если совпадение достаточно значительное, смартфон разблокируется.

Всякий из этих шагов нуждается в специальных алгоритмов и улучшений для быстрой работы прямо на устройстве.

Технические составляющие: что скрыто в их недрах

Стандартная передняя камера.

Самый простой простой способ идентификации физиономии применяет только фронтальную камеру смартфона мобильного устройства. Подобный подход реализован во многочисленных доступных версиях Android-девайсов.

Сильные стороны:

• Необходимо потребляет дополнительные сенсоров.
• Быстро работает при качественном освещении.

Слабые стороны:

• Несложно обмануть изображением или видеозаписью.
• Неудачно функционирует при плохом освещённости или нестандартных точках зрения.

ИК фотокамера и пунктирный проекционный аппарат

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

Каким образом это функционирует:

• Точечный проекционный прибор показывает на облик юзера невидимую структуру из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID задействует около 30 000 точек).
• ИК устройство фиксирует искривление этой решетки по поверхности физиономии.
• Получается трехмерная глубинная карта глубинности, которая почти что невозможна для подделки стандартной снимком или маской.

Плюсы

• Надёжная работа даже в полной неосвещённости.
• Высокая устойчивость к подделкам.
• Точность распознавания более 99%.

Дополнительные датчики

В некоторых устройствах задействуются также вспомогательные датчики: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют время распространения света до предмета и обратно; Цветные-датчики дальности; специальные оптические измерители расстояния для создания более точной 3D-модели физиономии.

Эти разработки используются наиболее часто во топовых аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Программные алгоритмы: искуственный разум в работе

Нынешние устройства идентификации лиц немыслимы при отсутствии использования artificial intelligence и машинного обучения. Именно вследствие таким инновациям, как вулкан россии, гаджет в состоянии узнавать юзера даже при метаморфозах облика: новая стрижка, щетина, линзы или косметика не становятся барьером для разблокировки.

Распознавание физиономии

В стартовом стадии система должна быстро распознать ликовое изображение внутри полного снимка с камеры. Для этого применяются каскадные классификаторы Хаара или более современные сверточные нейронные сети (CNN), которые подготовлены идентифицировать человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN способен обнаруживать облик даже с частичном закрытии (например, шарфом или ладонью).

Идентификация важных аспектов

После идентификации лица механизм, такая как вулкан россии, вычисляет расположение основных точек: края глаз, кончик носа, края губ и так далее. Обычно используется от 68 до 128 ключевых маркеров на лицевой области.

Это действие необходимо для нормализации картинки: если пользователь находится с мобильник под углом, или наклонил голову, программа исправляет картинку до нормального состояния для последующего изучения.

Создание биометрического идентификатора образца

Далее нейросеть строит компактное числовое представление (“эмбеддинг”) внешности пользователя — своеобразный цифровой след внешности длиной от 128 до 512 чисел с плавающей запятой.

Этот формат очень сложно подделать: он не удерживает само фото пользователя, а лишь уникальные характеристики его облика, что делает его совершенным для таких платформ, как vulkan russia.

Сравнение и вынесение заключения

Если пользователь хочет открыть мобильник взглядом, программа повторяет все указанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если схожесть превышает заданный порог (обычно выше 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, открывается; если нет — доступ не предоставляется.

Привыкание к изменениям облика

Увлекательная характеристика современных системы — способность самостоятельного обучения. Если вы часто разблокируете смартфон с обновленной прической или очками, программа постепенно модернизирует базовый модель вашего лица для улучшения точности функционирования без ухудшения безопасности.

Защита биометрических данных.

Множество клиенты беспокоятся держать свои био-идентификационные данные на смартфоне из-за риска потери данных или взлома гаджета. Иные компании, вроде vulkan russia, предлагают решения для повышения безопасности информации клиентов.

• Локальное сбережение: Преимущественно устройств хранит биометрические модели лишь внутрь защищенного чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не оставляют устройство и закрыты включая производителю.

• Шифрование: Все сведения хранятся только в зашифрованном виде с использованием актуальных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция приложений: Приложения сторонних разработчиков не обладают прямого доступа к биометрическим; они могут лишь запрашивать подтверждение верификации идентичности через системный API.

Стоит подчеркнуть важную подробность: если кто-то получит доступ к вашему телефону физически (например, пока вы спите), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие производители внедряют меры безопасности от неосознанного разблокирования — к примеру, заставляют раскрыть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие имеются типы распознавания лиц?

Сегодня можно выделить различить три основных способа к выполнению этой задачи:

Программное плоское распознавание

Применяется только передняя камера без дополнительных детекторов дистанции. Такой метод встречается чаще всего в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: простота осуществления; умеренная затраты; скоростная работа при хорошем свете.
Минусы: несложно одурачить снимком; ненадежная работа ночью; низкая защищенность.

Оборудование для объёмное оцифровка

Применяет инфракрасную видеокамеру + проектор пикселей + датчики глубины (Face ID у Apple; аналогичные технологии у Huawei Mate).
Плюсы: большая надёжность; не получится обмануть фото/видео; постоянная функционирование при любом освещении.
Минусы: удорожание устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные способы с интеграцией ИИ

Задействуют комбинацию программных методов + техническую обработку + последующую обработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные изделия, как вулкан россии и Google Pixel Face Unlock новейших поколений, объединяют фронтальную камеру c ИК датчиком мобильности Soli Radar для предотвращения от подделок жестами/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Образцы эксплуатации разных способов

• iPhone серии X/11/12/13/14 используют только аппаратное трёхмерное сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз представил аналог Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10 модель/S20 обеспечивают как софтверное двухмерное распознавание по снимку селфи-камерой, так и сканер ириса глаза.
• Huawei Mate20 Pro задействует систему из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-датчик

Проблемы защиты и ложные срабатывания

Несмотря на замечательный развитие техники за последние годы, совершенных систем пока не имеется:

1. Возможность обмана: Бюджетные мобильники без труда открываются высококачественной изображением пользователя или видео с дисплея иного гаджета.
2. Идентичные близнецы: Даже самые безупречные системы могут спутать между монозиготными близнецами либо родственниками с очень похожей внешностью.
3. Метаморфозы облика: Резкое похудение/набор веса, хирургические вмешательства или повреждения порой требуют повторной регистрации биометрии.
4. Условия фотографирования: Сильная освещённость солнечным светом либо глубокая тень могут понизить точность распознавания признаков.

Здесь некоторые рекомендаций по безопасному использованию:

• Для критически важных операций всегда внедряйте двухэтапную аутентификацию;
• Не запускайте функцию “Разблокировка по лицу” на бюджетных моделях без ИК-сенсоров;
• Систематически апгрейдите программное обеспечение смартфона для обеспечения безопасности от новых видов атак;
• Включайте опцию “Требовать распахнутых глаз” везде, где она есть.

В каких местах ещё применяется технологии за исключением смартфонов?

Хотя основная мысль нашей работы касается в частности смартфонам и планшетам, стоит упомянуть о других сферах применения технологии:

• Мониторинг входа в офисах и многоквартирных зданиях;
• Платёжные терминалы банков (“Face Pay”);
• Виртуальные идентификационные документы последнего образца;
• Системы видеонаблюдения городских подразделений;
• Механизация отслеживания явки школ/университетов;
• Вход юзеров компьютеров/ноутбуков.

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

Каким способом меняется техпроцесс в нынешнее время?

Всякий годик возникают свежие концепции для усовершенствования качества работы систем лицевого распознавания:

1. Увеличивается чёткость сенсорных устройств — чем больше деталей фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше вероятность ошибки;
2. Улучшаются нейросети — передовые конструкции вида MobileNetV3 дают возможность скоростно осваивать новым характеристикам внешности обладателя напрямую на гаджете без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Улучшаются методы антиспуфинга — теперь мобильные устройства могут различать подлинные анимированные лица от фиксированных фото/масок по мельчайшим микродвижениям.
4. Взаимодействие со умными устройствами — интеллектуальные часы могут самостоятельно заблокировать смартфон, если владелец ушёл далеко.
5. Появляются гибридные механизмы — например объединяющие аудио аутентификацию + физиономию + дактилоскопический след.

Здесь, которые тенденции очень популярны на сегодняшний день:

1) Сокращение элементов

Компании стараются уменьшить габариты отверстия (“чёлки”) под датчики на дисплее за счёт интеграции миниатюрных ИК-проекторов прямо под поверхность дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработка прямо на девайсе

Для повышения приватности всё более расчётов осуществляется на месте без отправки данных во дополнительный облачный сервис.

3) Упорядочивание регламентов

Google энергично пропагандирует норму BiometricPrompt API, для того чтобы аналогичные площадки, как вулкан россия, и каждые Android-аппы были совместимы с любыми видами биометрии стандартизированно.

Что выбрать сегодня?

Если вам нужна предельная безопасность данных, остановите выбор на передовые аппараты с вмонтированным ИК-излучателем либо ToF-датчиком глубины.

• iPhone всех существующих актуальных поколений
• Huawei Mate/P линейки
• Xiaomi Expert
• Vivo X серии
• Oppo Найти Х линейки.

Если средства скромен – лучше отдавать предпочтение обычным средствам защиты (PIN-код/сканер пальца), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, использовать только как опциональную опцию комфорта.

Каким способом улучшить комфорт использования функции?

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

1. Периодически меняйте свою изображение-шаблон, если значительно изменяется облик.
2. Не пренебрегайте протирать линзу фронтальной камеры – разводы могут снизить точность!
3. Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате смартфон сам запускает камеру как только вы поднимаете его.
4. В процессе регистрационного процесса пытайтесь удерживать голову неподвижно перед видеоустройства не допуская сильного наклона головы.
5. Используйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает телефон, если вы отвернулись от дисплея.

Возможности эволюции технологии

В предстоящие времена можно предвкушать возникновения полностью безконтактных способов распознавания человека сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: лицо + звучание + шаги + жесты рук!

Также возможно появление современных подходов обеспечения конфиденциальности – например, динамическое изменение диджитал образца после каждой удачной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из очень интересных технологий нашего времени! Она предоставляет общение со телефоном проще чем раньше, и такие аппы, как vulkan russia, могут существенно оптимизировать ваш пользовательский опыт, но запрашивает внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, когда вы знаете, как работает эта методика изнутри, – будете в состоянии вдумчиво определять свой будущий гаджет!