Как функционирует определение лиц в смартфонах

Зачем мы останавливаемся на разблокировку по лицу

В прошлые годы определение физиономий стало одной из наиболее востребованных опций для деблокировки смартфонов. Всего несколько лет тому назад большинство пользователей обходились пин-кодами, паролями или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, как Вулкан Платинум, нам вполне просто взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Какая вещь превращает данную функцию настолько популярной? Прежде всего, это удобно: не нужно запоминать сложные пароли или искать правильный палец в темноте. Кроме того, это быстро: современные программы распознают лицо практически за мгновение. В-третью очередь, это чувство футуризма — словно в кинофильмах про вулкан платинум зеркало разведчиков.

Тем не менее за данной на первый взгляд несложностью таится полный универсум комплексных технологий и инженерных решений. Позвольте нам разобраться, как конкретно действует распознавание лиц в современных гаджетах, какие существуют технологии, насколько они защищены и что нас ждёт впереди.

Краткая история эволюции техники

Идентификация лиц как технология имеется уже более пятидесяти годов. Начальные пробы автоматизированного исследования лица были осуществлены еще в 1960-х годах в исследовательских центрах США. Тогда компьютеры способны были лишь выделять силуэты черепа и вычислять промежутки между зрачками и устами на монохромных изображениях.

Первые торговые установки возникли в 90-х, но они были далеки от совершенства: действовали неспешно и нередко ошибались. Только с эволюцией нейронных сетей и таких площадок, как Vulkan Platinum, мощных мобильных процессоров идентификация лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

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

Основные этапы работы устройства распознавания

Процесс распознавания лица можно ориентировочно разделить на несколько ключевых этапов:

1. Обнаружение лица — аппарат выявляет существование людского лица в изображении.
2. Определение характеристик — система анализирует контуры облика: очертания глаз, обонятельного органа, уст, расположение надбровных дуг.
3. Построение шаблона — создаётся неповторимый виртуальный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
4. Сравнение со эталоном — созданный шаблон сверяется со зафиксированной при учёте биометрической данными владельца.
5. Принятие выбора — если совпадение достаточно существенное, смартфон разблокируется.

Всякий из данных этапов запрашивает индивидуальных методов и оптимизаций для оперативной работы прямо на устройстве.

Технические компоненты: что прячется в их недрах

Обычная фронтальная камера.

Самый простой простой способ распознавания физиономии использует исключительно фронтальную камеру смартфона. Такой способ осуществлён во многочисленных недорогих моделях Android-девайсов.

Положительные стороны:

• Не потребляет дополнительных датчиков.
• Оперативно работает при хорошем освещении.

Отрицательные стороны:

• Легко ввести в заблуждение фотографией или видео.
• Неправильно работает при низком освещённости или нестандартных точках зрения.

Инфракрасная камера и точечный проектор

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

Каким образом это работает:

• Точечный проекционный прибор отображает на облик юзера невидимую решетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID использует около 30 000 точек).
• ИК устройство регистрирует искривление этой решетки по плоскости физиономии.
• Создаётся трёхмерная глубинная карта глубинности, которая почти невозможна для подделки стандартной фотографией или маской.

Достоинства

• Надёжная функционирование даже в полной тьме.
• Сильная защита к имитациям.
• Точность распознавания выше 99%.

Добавочные датчики

В определённых аппаратах применяются также вспомогательные сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют период прохождения луча до предмета и обратно; RGB-датчики глубины; специальные оптические измерители расстояния для создания более детализированной 3D-модели физиономии.

Эти технологии встречаются чаще всего во флагманских моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные алгоритмы: синтетический ум в работе

Нынешние механизмы идентификации физиономий неосуществимы при отсутствии применения искусственного интеллекта и машинного обучения. Именно из-за таким разработкам, как Vulkan Platinum, аппарат способно узнавать пользователя даже при изменениях внешнего вида: новая укладка, борода, оптика или грим не становятся препятствием для открытия.

Детектирование лиц

На начальном этапе алгоритм необходимо оперативно найти образ лица в пределах всего снимка с камеры. Для этой задачи используются каскадные классификаторы Хаара или более продвинутые сверточные нейронные сети (CNN), которые натренированы идентифицировать человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN в состоянии распознавать облик даже в случае частичном закрытии (например, платком или ладонью).

Идентификация ключевых аспектов

После обнаружения лица устройство, такая как Vulkan Platinum, устанавливает положение ключевых точек: края глаз, верхушка носа, контуры губ и так далее. Как правило задействуется от 68 до 128 основных меток на лице.

Это требуется для стабилизации визуала: если юзер находится с телефон под наклоненным, или склонил головку, программа корректирует картинку до обычного угла для последующего изучения.

Создание биометрического модели

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

Данный формат крайне сложно сфальсифицировать: он не удерживает непосредственно изображение пользователя, а лишь исключительные характеристики его вида, что делает его идеальным для таких платформ, как Вулкан Казино Платинум.

Сопоставление и осуществление решения

Когда человек намеревается открыть мобильник взглядом, программа повторяет все описанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает заданный границу (обычно больше 99%), телефон, как и платформа Вулкан Казино Платинум, доступен; если нет — доступ блокируется.

Адаптация к изменениям внешности

Интересная характеристика нынешних системы — возможность самостоятельного обучения. Если вы регулярно открываете телефон с новой прической или оптикой, алгоритм постепенно модернизирует эталонный шаблон вашего лица для улучшения точности функционирования без ухудшения безопасности.

Безопасность биометрии информации.

Множество клиенты беспокоятся хранить свои биометрические данные на мобильном устройстве из-за риска утечки информации или хакерской атаки. Иные фирмы, например Вулкан Казино Платинум, предоставляют варианты для повышения защиты данных клиентов.

• Локальное сохранение: Преимущественно устройств сохраняет биометрические шаблоны только в пределах защищённого процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они ни разу не не покидают устройство и закрыты в том числе изготовителю.

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

• Изоляция приложений: Программы сторонних разработчиков не обладают непосредственного доступа к биометрическим; они могут лишь требовать факт подтверждения идентичности через системный API.

Стоит упомянуть существенную подробность: если кто-то получит физический доступ к вашему телефону (например, пока вы спите), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие компании осуществляют меры безопасности от “слепого” разблокирования — в частности, заставляют разомкнуть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие бывают виды распознавания лиц на изображениях?

На сегодняшний день можно различить три основных метода к реализации этой задачи:

Программное плоское идентификация

Эксплуатируется только фронтальная камера без дополнительных детекторов глубины. Подобный подход наблюдается чаще всего в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: несложность воплощения; умеренная затраты; скоростная работа при хорошем свете.
Минусы: несложно одурачить фотографией; ненадежная работа ночью; недостаточная охрана.

Оборудование для объёмное оцифровка

Задействует ИК камеру + проектор пикселей + сенсоры дистанции (Face ID от Apple; аналогичные технологии у Huawei Mate).
Достоинства: значительная достоверность; не получится подделать фото/видео; стабильная работа в любых условиях освещения.
Минусы: увеличение цены устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Гибридные подходы с интеграцией ИИ

Используют комбинацию программируемых методов + техническую обработку + дополнительную обработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие товары, например Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock современных версий, сочетают фронтальную камеру c ИК датчиком движения Soli Radar для предотвращения от подделок руками/масками/видеодисплеями посторонних устройств.

Образцы применения разнообразных способов

• iPhone серии X/11/12/13/14 используют только аппаратное трёхмерное сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз предложил подобие Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10/S20 обеспечивают как программное обеспечение двухмерное идентификацию по снимку селфи-камерой, так и датчик радужки глаза.
• Huawei Mate20 Pro задействует набор из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-датчик

Проблемы безопасности и ошибочные срабатывания

Несмотря на поразительный прогресс техники за недавние годы, безупречных механизмов пока не наблюдается:

1. Возможность обмана: Доступные телефоны легко доступны качественной изображением владельца или видеозаписью с дисплея иного гаджета.
2. Идентичные двойняшки: Даже самые совершенные устройства могут перепутать между однояйцевыми близнецами либо родичами с очень схожей внешностью.
3. Трансформации внешности: Стремительное похудение/набор веса, косметические процедуры либо повреждения иногда требуют повторной регистрации биометрических данных.
4. Условия фотографирования: Яркая освещённость солнечным светом или интенсивная тень могут уменьшить верность идентификации признаков.

Ниже пара рекомендаций по надёжному эксплуатации:

• Для критически важных операций всегда используйте дополнительную аутентификацию;
• Не включайте опцию “Разблокировка по лицу” на недорогих устройствах без ИК-сенсоров;
• Систематически обновляйте прошивку телефона для защиты от новых видов атак;
• Включайте функцию “Требовать раскрытых глаз” в тех местах, где она доступна.

В каких областях дополнительно используется технология за исключением мобильных телефонов?

Несмотря на то, что основная мысль данной статьи сосредоточена на конкретно портативным гаджетам, стоит упомянуть о альтернативных областях использования технологии:

• Мониторинг входа в офисах и жилых домах;
• Платёжные терминалы банков (“Face Pay”);
• Цифровые удостоверения личности нового поколения;
• Комплексы видеонаблюдения муниципальных сервисов;
• Автоматизация регистрации посещаемости образовательных учреждений/университетов;
• Авторизация юзеров персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В московском метро уже испытывается система оплаты проезда по лицу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через барьер без пластика или телефона! Похожие инициативы развиваются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Каким способом изменяется технология сегодня?

Любой год возникают новые идеи для усовершенствования качества функционирования систем распознавания лиц:

1. Увеличивается разрешение датчиков — чем больше элементов фиксируется фотоаппаратом/глубинными сенсорами, тем меньше шанс погрешности;
2. Развиваются нейросети — новейшие структуры типа MobileNetV3 обеспечивают возможность скоростно обучаться свежим особенностям облика владельца непосредственно на девайсе без отправки данных в облако.
3. Улучшаются способы антиспуфинга — теперь мобильные устройства могут распознавать подлинные движущиеся лица от фиксированных фото/маскировок по незаметным движениям кожи.
4. Синхронизация со смарт-гаджетами — интеллектуальные часы могут автоматически заблокировать смартфон, если обладатель удалился на значительное расстояние.
5. Проявляются смешанные механизмы — в частности совмещающие голосовую аутентификацию + физиономию + дактилоскопический след.

Итак, те направления очень актуальны в данный момент:

1) Миниатюризация компонентов

Производители пытаются уменьшить размер прорези (“чёлки”) для датчики на дисплее за счёт встраивания миниатюрных ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на устройстве

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

3) Упорядочивание стандартов

Гугл интенсивно продвигает эталон BiometricPrompt API, с целью чтобы аналогичные системы, вроде Вулкан Платинум, и каждые Android-аппы могли взаимодействовать с различными типами биометрии стандартизированно.

Что решить сегодня?

Когда вам необходима предельная защита данных, подбирайте флагманские модели с интегрированным ИК-проектором или ToF-датчиком глубины.

• iPhone всех актуальных версий
• Huawei Mate/P Series серии
• Mix Pro
• Vivo X серии
• Oppo Найти X серии.

Если бюджет скромен – лучше выбирать классическим методам безопасности (PIN-код/сканер пальца), а возможность “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан Платинум, использовать только как второстепенную опцию комфорта.

Каким образом увеличить удобство использования функции?

Есть несколько советов для тех, кто уже пользуется функцию распознавания лица:

1. Регулярно обновляйте свою фотографию-шаблон, если значительно трансформируется внешний вид.
2. Не упускайте из виду протирать объектив фронтальной камеры – пятна могут уменьшить четкость!
3. Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего смартфон сам запускает фотоаппарат как только вы поднимаете его.
4. В процессе записи постарайтесь сохранять лицо неподвижно перед объектива исключая резкого наклона головы.
5. Используйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она блокирует мобильное устройство, если вы отвели взгляд от дисплея.

Будущее эволюции техники

В предстоящие годы можно предвкушать возникновения полностью безконтактных способов распознавания индивидуума сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: лицо + голос + шаги + жесты рук!

Также возможно появление современных методов охраны конфиденциальности – скажем, переменное изменение цифрового образца после каждой результативной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из очень захватывающих техник нашего периода! Она обеспечивает интеракцию со смартфоном комфортнее чем раньше, и такие программы, как Вулкан Казино Платинум, могут в разы повысить ваш пользовательский опыт, но требует осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, когда вы понимаете, как работает эта технология внутри, – сумеете вдумчиво выбирать свой следующий устройство!