Каким образом работает распознавание лиц в мобильных устройствах

Зачем мы предпочитаем разлочивание по фейсу

В прошлые годы распознавание лиц стало одной из наиболее востребованных возможностей для разблокировки умных телефонов. Еще некоторые лет ранее основная часть использующих удовлетворялись пин-кодами, ключами доступа или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, как вулкан россия, нам вполне лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Какой аспект делает эту возможность такой востребованной? Прежде всего, это практично: не нужно запоминать замысловатые пароли или находить верный палец в мраке. Во-вторых, это мгновенно: современные системы узнают лицо буквально за доли секунды. В-третьем пункте, это впечатление футуризма — как будто в кинолентах про казино вулкан разведчиков.

Тем не менее за этой на первый взгляд простотой таится весь вселенная сложных технологий и инженерных концепций. Давайте разобраться, как именно действует идентификация по лицу в актуальных смартфонах, какие бывают способы, насколько они безопасны и что нас предстоит.

Сжатая история развития техники

Распознавание лиц как технология присутствует уже более 50 годов. Изначальные попытки машинного изучения лиц были предприняты еще в 1960-х годах в лабораториях США. Тогда компьютеры способны были лишь обозначать силуэты лица и измерять промежутки между глазами и губами на черно-белых фотографиях.

Начальные коммерческие установки появились в девяностых годах, но они были неидеальны: действовали неспешно и часто давали сбои. Только с развитием нейронных сетей и таких площадок, как вулкан россии, высокопроизводительных мобильных микросхем идентификация лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В 2017 году Apple выпустила iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с надёжным трёхмерным сканированием лица. За этим последовали Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали интегрировать собственные решения.

Ключевые шаги функционирования устройства распознавания

Процесс определения лица можно условно разделить на несколько ключевых этапов:

1. Распознавание лица — устройство определяет присутствие гуманного образа в изображении.
2. Выделение признаков — механизм исследует особенности физиономии: конфигурацию глаз, носа, губ, позицию бровей.
3. Построение шаблона — создаётся уникальный электронный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
4. Сравнение со образцом — сформированный модель сверяется с сохранённой при учёте биометрической данными владельца.
5. Принятие определения — если совпадение достаточно существенное, смартфон открывается.

Любой из указанных шагов запрашивает индивидуальных алгоритмов и улучшений для быстрой работы непосредственно на девайсе.

Аппаратные составляющие: что находится в их недрах

Стандартная фронтальная камера.

Наиболее несложный вариант распознавания лица задействует лишь фронтальную камеру смартфона смартфона. Такой способ внедрён во различных недорогих версиях Android-устройств.

Сильные стороны:

• Не потребляет дополнительные сенсоров.
• Быстро действует при достаточном освещении.

Отрицательные стороны:

• Легко обмануть фотографией или роликом.
• Неудачно работает при слабом освещённости или нестандартных точках зрения.

ИК фотокамера и точечный проекционный аппарат

Более усовершенствованные системы, такие как вулкан россии, используют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта методика составляет базу Face ID от Apple.

Каким образом это действует:

• Точечный проектор проецирует на физиономию юзера невидимую решетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID использует около 30 000 точек).
• ИК камера записывает деформацию данной сетки по плоскости лица.
• Формируется 3D карта глубинности, которая почти неподвластна для подделки стандартной фото или маскировкой.

Плюсы

• Надёжная работа даже в полной темноте.
• Сильная защита к имитациям.
• Точность распознавания более 99%.

Дополнительные сенсорные устройства

В отдельных устройствах используются также вспомогательные сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют период распространения луча до предмета и обратно; Цветные-датчики глубины; специальные оптические лидары для построения более аккуратной 3D-модели физиономии.

Эти разработки встречаются наиболее часто во флагманских аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные методы: синтетический разум в действии

Современные системы идентификации лиц невозможны без использования искусственного интеллекта и machine learning. Именно вследствие таким инновациям, как вулкан россии, аппарат в состоянии узнавать владельца даже при метаморфозах внешнего вида: новая стрижка, борода, оптика или макияж не становятся помехой для разблокировки.

Детектирование физиономии

При начальном шаге алгоритм должна мгновенно найти ликовое изображение среди целого снимка с камеры. Для данной цели используются многоуровневые классификаторы Хаара или более новейшие конволюционные нейронные сети (CNN), которые “обучены” идентифицировать человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN способен распознавать облик даже с частичном перекрытии (например, шалью или рукой).

Выделение важных аспектов

После обнаружения лица устройство, такая как вулкан россии, определяет местоположение ключевых точек: края глаз, верхушка носа, границы губ и так далее. Часто задействуется от 68 до 128 главных точек на лице.

Это требуется для выравнивания визуала: если пользователь держит мобильник под углом, или склонил головку, программа исправляет картинку до стандартного положения для последующего изучения.

Создание биометрического образца

Далее нейронная сеть строит компактное числовое представление (“эмбеддинг”) лица пользователя — своеобразный цифровой образ лица длиной от 128 до 512 чисел с плавающей запятой.

Такой образец крайне сложно сфальсифицировать: он не удерживает само изображение пользователя, а лишь исключительные черты его внешности, что делает его совершенным для таких платформ, как vulkan russia.

Сопоставление и вынесение выбора

В случае, когда пользователь хочет разлочить смартфон глазами, программа повторяет все описанные описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает определённый границу (обычно превышает 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, доступен; если нет — доступ запрещается.

Привыкание к трансформациям внешнего вида

Увлекательная черта нынешних системы — возможность самостоятельного обучения. Если ты часто открываете смартфон с свежей стрижкой или очками, система постепенно обновляет основной образец вашего внешности для повышения точности работы без ухудшения безопасности.

Защита биометрических информации.

Большинство юзеры боятся хранить свои биометрические идентификационные данные на смартфоне из-за угрозы потери данных или взлома гаджета. Некоторые компании, вроде vulkan russia, предлагают варианты для повышения защиты сведений юзеров.

• Локальное сохранение: Основная часть девайсов записывает био-идентификационные образцы только внутрь защищённого микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не выходят из устройство и закрыты даже изготовителю.

• Шифрование: Все сведения сохраняются только в шифрованном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция приложений: Приложения сторонних девелоперов не имеют прямого возможности доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать факт верификации идентичности через системный API.

Следует упомянуть важную подробность: 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 производители реализуют защиту от неосознанного разблокирования — к примеру, заставляют открыть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют типы определения лиц?

В настоящее время можно определить три главных способа к выполнению этой функции:

Софтверное 2D распознавание

Применяется только передняя камера без дополнительных детекторов дистанции. Такой метод используется обычно в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: простота воплощения; низкая цена; быстрая работа при достаточном свете.
Минусы: легко одурачить снимком; неустойчивая деятельность ночью; недостаточная безопасность.

Аппаратное трёхмерное сканирование

Использует инфракрасную камеру + проекционный модуль точек + сенсоры дистанции (Face ID у Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Плюсы: большая надёжность; нельзя обмануть фото/видео; стабильная функционирование в любых условиях освещения.
Минусы: повышение стоимости устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Гибридные способы с дополнением ИИ

Применяют комбинацию софтверных методов + аппаратную обработку + дополнительную обработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие изделия, как вулкан россии и Google Pixel Face Unlock современных поколений, комбинируют фронтальную камеру c ИК сенсором движения Soli Radar для защиты от фальсификаций жестами/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Иллюстрации использования различных методов

• iPhone линейки X/11/12/13/14 используют только аппаратное трёхмерное 3D-сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз представил эквивалент Face ID в ряду Android.
• Samsung Galaxy S10 версия/S20 имеют как программное обеспечение плоское идентификацию по изображению фронтальной камерой, так и сенсор глазного ириса.
• Huawei Mate20 Pro использует систему из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-датчик

Проблемы защиты и неверные срабатывания

Несмотря на поразительный прогресс техники за прошедшие лет, идеальных механизмов пока не наблюдается:

1. Возможность мошенничества: Недорогие телефоны без труда открываются качественной снимком владельца или же видеозаписью с экрана другого устройства.
2. Идентичные двойняшки: Даже самые совершенные системы могут перепутать между однояйцевыми близнецами либо семьями с очень похожей внешностью.
3. Трансформации облика: Стремительное утрата веса/увеличение массы тела, хирургические вмешательства либо повреждения иногда требуют повторной регистрации биометрических данных.
4. Условия съёмки: Сильная подсветка солнечным светом либо плотная затенение могут снизить верность определения признаков.

Ниже несколько рекомендаций для защищённому эксплуатации:

• Для значимых операций всегда используйте дополнительную аутентификацию;
• Не активируйте функцию “Разблокировка по лицу” на недорогих моделях без ИК-сенсоров;
• Постоянно обновляйте прошивку программное обеспечение мобильного устройства для предотвращения угроз от новых видов атак;
• Включайте функцию “Требовать раскрытых глаз” везде, где она доступна.

В каких местах также применяется технологии помимо смартфонов?

Хотя тема данной работы посвящена именно смартфонам и планшетам, необходимо сказать о альтернативных областях использования технологии:

• Мониторинг прохода в деловых центрах и резиденциях;
• Платёжные аппараты банков (“Face Pay”);
• Электронные паспорта последнего типа;
• Установки видеоконтроля муниципальных подразделений;
• Автоматизирование учёта присутствия школ/университетов;
• Вход пользователей персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В московском метро уже тестируется система платежа проезда по фейсу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через турникет без пластика или телефона! Похожие проекты осуществляются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Как изменяется техпроцесс в нынешнее время?

Любой годочек появляются современные концепции для повышения стандарта деятельности систем идентификации лиц:

1. Увеличивается чёткость сенсорных устройств — чем больше элементов фиксируется видеокамерой/глубинными сенсорами, тем меньше шанс ошибки;
2. Улучшаются искусственные интеллекты — новейшие структуры модели MobileNetV3 обеспечивают возможность оперативно осваивать новым чертам облика владельца напрямую на гаджете без отправки данных в облако.
3. Совершенствуются методы антиспуфинга — теперь мобильные устройства способны отличать реальные живые облики от статичных снимков/маскировок по микроскопическим микродвижениям.
4. Взаимодействие со умными устройствами — интеллектуальные часы могут авто блокировать смартфон, если обладатель отошёл далеко.
5. Появляются комбинированные механизмы — к примеру объединяющие аудио опознание + физиономию + пальцевой отпечаток.

Вот, которые тренды особенно актуальны в данный момент:

1) Уменьшение компонентов

Производители пытаются уменьшить размер выреза (“чёлки”) для сенсоры на дисплее за счёт интеграции маленьких ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Переработка прямо на устройстве

Для улучшения конфиденциальности всё более обработки данных выполняется локально без пересылки данных во внешний облачный услугу.

3) Стандартизация регламентов

Google активно продвигает эталон BiometricPrompt API, с целью чтобы аналогичные площадки, например как вулкан россия, и любые Android-приложения могли взаимодействовать с различными типами биометрии унифицированно.

Какое подобрать сегодня?

В случае если вам нужна предельная сохранность информации, остановите выбор на топовые устройства со встроенным ИК-излучателем или же ToF-датчиком глубины.

• iPhone всех существующих новейших поколений
• Huawei Partner/P Series линейки
• Mi Pro
• Vivo X серии
• Оппо Find Х серии.

Если финансы ограничен – лучше отдавать предпочтение классическим способам безопасности (PIN-код/сканер пальца), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, использовать только как дополнительную опцию комфорта.

Каким способом увеличить практичность функционирования возможности?

Есть некоторые советов для тех, кто уже применяет функцию распознавания лица:

1. Регулярно обновляйте свою изображение-шаблон, если кардинально меняется облик.
2. Не упускайте из виду чистить линзу передней камеры – пятна могут понизить четкость!
3. Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате мобильник сам активирует фотоаппарат если вы поднимаете его.
4. Во время записи пытайтесь сохранять лицевую часть неподвижно перед камеры не допуская сильного наклона головы.
5. Задействуйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она блокирует смартфон, если вы отвернулись от дисплея.

Возможности прогресса инноваций

В ближайшие времена можно предвкушать возникновения полностью безконтактных способов опознания индивидуума сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: лицо + голос + манера ходьбы + движения рук!

Также предполагается развитие современных способов охраны личной информации – например, переменное корректировка электронного образца после каждой удачной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – единственная из очень захватывающих технологий нашего периода! Она делает интеракцию со мобильным устройством комфортнее чем раньше, и такие аппы, как vulkan russia, могут значительно оптимизировать ваш юзерский опыт, но запрашивает осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, раз вы осведомлены, как работает эта система изнутри, – будете в состоянии более осмысленно выбирать свой будущий гаджет!