Как действует распознавание лиц в смартфонах

Зачем мы останавливаемся на разлочивание по лицу

В прошлые времена идентификация лиц стало одной из наиболее востребованных опций для разблокировки смартфонов. Еще несколько лет назад основная масса юзеров довольствовались пин-кодами, секретными кодами или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, как Вулкан Платинум, нам вполне лишь взглянуть на экран — и устройство тут же опознает своего владельца.

Какой аспект делает эту функцию настолько популярной? Для начала, это практично: не нужно удерживать в памяти трудные пароли или находить нужный палец в мраке. Кроме того, это мгновенно: современные алгоритмы идентифицируют лицо фактически за мгновение. В-третьих, это ощущение будущего — словно в фильмах про вулкан платинум зеркало агентов.

Однако за этой кажущейся несложностью скрывается целый вселенная сложных техник и инженерных разработок. Попробуем исследовать, как конкретно работает фейсканирование в новейших мобильных телефонах, какие существуют технологии, насколько они защищены и что нас ждёт впереди.

Короткая история эволюции инноваций

Распознавание лиц как техника имеется уже более пятидесяти лет. Начальные попытки машинного исследования лиц были предприняты еще в 1960-х годах в лабораториях США. Тогда ЭВМ умели лишь определять очертания головы и измерять расстояния между глазами и губами на ахроматических фотографиях.

Изначальные коммерческие системы стали доступны в 90-х, но они были далеки от совершенства: действовали неспешно и нередко ошибались. Только с прогрессом искусственных сетей и таких площадок, как Vulkan Platinum, сильных 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 достоверным трёхмерным распознаванием лица. За этим последовали Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали интегрировать собственные решения.

Главные этапы функционирования механизма распознавания

Процесс распознавания лица можно примерно сегментировать на несколько ключевых этапов:

1. Идентификация лица — камера выявляет существование людского образа в кадре.
2. Выделение признаков — механизм изучает особенности облика: форму глаз, обонятельного органа, уст, расположение надбровных дуг.
3. Построение модели — создаётся неповторимый цифровой отпечаток (faceprint) на основе выделенных признаков.
4. Сравнение с эталоном — полученный образец сверяется с зафиксированной при внесении биометрической сведениями владельца.
5. Принятие определения — если соответствие достаточно высокое, смартфон деблокируется.

Любой из указанных этапов нуждается в индивидуальных алгоритмов и оптимизаций для скорой работы прямо на устройстве.

Железные элементы: что находится внутри

Типичная селфи камера.

Простейший несложный вариант распознавания физиономии применяет только фронтальную видеокамеру мобильного устройства. Подобный метод внедрён во многих доступных моделях Android-устройств.

Плюсы:

• Необходимо нуждается в дополнительных датчиков.
• Оперативно функционирует при достаточном освещённости.

Отрицательные стороны:

• Несложно одурачить фотографией или видеозаписью.
• Плохо работает при слабом свете или нестандартных углах обзора.

ИК камера и пунктирный проекционный аппарат

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

Каким способом это действует:

• Точечный проекционный прибор показывает на лицо пользователя невидимую структуру из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID задействует около 30 000 меток).
• ИК камера регистрирует искривление данной решетки по плоскости лица.
• Формируется трёхмерная карта глубинности, которая почти неподвластна для фальсификации стандартной фото или маскировкой.

Плюсы

• Надёжная деятельность даже в полной неосвещённости.
• Большая устойчивость к имитациям.
• Точность идентификации выше 99%.

Дополнительные датчики

В определённых устройствах применяются также дополнительные датчики: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют время движения света до предмета и обратно; Трехцветные-датчики дальности; специальные световые лидары для построения более точной 3D-модели лица.

Эти технологии используются чаще всего во передовых устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные процедуры: искуственный ум на работе

Современные устройства опознания лиц неосуществимы в отсутствие применения ИИ и машинного обучения. Именно благодаря таким технологиям, как Vulkan Platinum, гаджет может идентифицировать пользователя даже при трансформациях внешнего вида: новая стрижка, щетина, оптика или косметика не становятся барьером для разблокировки.

Обнаружение лица

На начальном этапе система необходимо быстро найти образ лица в пределах целого кадра с камеры. Для данной цели применяются последовательные классификаторы Хаара или более современные конволюционные нейронные сети (CNN), которые натренированы распознавать лиц человека среди множества других объектов.

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

Идентификация важных аспектов

После идентификации лица система, такая как Vulkan Platinum, определяет расположение главных точек: края глаз, верхушка носа, края губ и так далее. Обычно задействуется от 68 до 128 главных точек на лицевой области.

Это нужно для нормализации картинки: если пользователь находится с мобильник под углом, или склонил голову, программа “выпрямляет” картинку до обычного угла для дальнейшего анализа.

Создание биометрического образца

Далее нейронная сеть строит компактное цифровое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой след внешности длиной от 128 до 512 флоатов.

Данный формат очень сложно имитировать: он не хранит непосредственно фото пользователя, а лишь особенные черты его облика, что делает его оптимальным для таких систем, как Вулкан Казино Платинум.

Сравнение и осуществление решения

Когда юзер намеревается разблокировать телефон глазами, механизм воспроизводит все описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает определённый границу (обычно выше 99%), телефон, как и платформа Вулкан Казино Платинум, разблокируется; если нет — доступ запрещается.

Привыкание к трансформациям внешности

Занимательная особенность современных системы — возможность самообучения. Если ты часто разблокируете телефон с новой прической или очками, алгоритм постепенно обновляет основной шаблон вашего внешности для улучшения точности функционирования без ухудшения безопасности.

Защита биометрических информации.

Большинство клиенты опасаются хранить свои биометрические идентификационные данные на телефоне из-за вероятности потери данных или хакерской атаки. Некоторые компании, вроде Вулкан Казино Платинум, предлагают методы для улучшения сохранности информации пользователей.

• Локальное сбережение: Преимущественно устройств записывает био-идентификационные модели только внутрь защищённого чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные всегда не выходят из гаджет и недоступны в том числе создателю.

• Шифрование: Все данные сберегаются только в шифрованном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция программ: Приложения сторонних девелоперов не обладают прямого возможности доступа к биометрическим; они могут лишь запрашивать подтверждение подтверждения личности через системный API.

Стоит подчеркнуть значимую деталь: в случае, если кто-либо достанет физический доступ к вашему телефону (к примеру, во время сна), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство компании осуществляют систему защиты от автоматического разблокирования — в частности, заставляют раскрыть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют имеются типы идентификации лиц?

На сегодняшний день можно выделить определить три основных способа к реализации этой задачи:

Софтверное 2D распознавание

Используется только лицевая камера без дополнительных детекторов глубины. Подобный способ используется обычно в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: простота осуществления; низкая стоимость; скоростная деятельность при качественном освещении.
Минусы: просто ввести в заблуждение снимком; нестабильная функционирование ночью; слабая безопасность.

Техническое 3D оцифровка

Задействует ИК видеокамеру + проектор точек + сенсоры глубины (Face ID от Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Преимущества: значительная надёжность; нельзя исказить изображение/видеозапись; стабильная функционирование при любом освещении.
Минусы: повышение стоимости устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные подходы с интеграцией ИИ

Задействуют комбинацию программируемых методов + техническую обработку + дополнительную обработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные продукты, как Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock последних версий, комбинируют фронталку c инфракрасным датчиком движения Soli Radar для защиты от подделок жестами/масками/видеодисплеями посторонних устройств.

Примеры использования разных способов

• iPhone линейки X/11/12/13/14 применяют только аппаратное трёхмерное сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз внедрил подобие Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10 модель/S20 обеспечивают как софтверное плоское определение по снимку фронтальной камерой, так и сенсор ириса глаза.
• Huawei Mate20 Pro применяет набор из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-датчик

Трудности охраны и неверные сигналы

Несмотря на поразительный успехи технологий за недавние годы, совершенных механизмов пока не существует:

1. Вероятность обмана: Доступные смартфоны просто “разблокируются” четкой снимком пользователя либо видеозаписью с дисплея иного гаджета.
2. Идентичные двойняшки: Даже самые идеальные системы могут спутать между монозиготными близнецами либо родичами с очень похожей внешностью.
3. Изменения облика: Стремительное похудение/увеличение массы тела, косметические процедуры или травмы в некоторых случаях требуют обновления данных биометрических данных.
4. Условия съёмки: Яркая освещённость солнечным светом или же интенсивная тень могут снизить аккуратность распознавания признаков.

Здесь пара рекомендаций по безопасному использованию:

• Для критически важных операций всегда внедряйте двухфакторную аутентификацию;
• Не включайте функцию “Разблокировка по лицу” на дешёвых устройствах без ИК-сенсоров;
• Систематически апгрейдите ПО мобильного устройства для защиты от современных угроз;
• Включайте функцию “Требовать раскрытых глаз” там, где она имеется.

В каких местах дополнительно находится применение технология помимо смартфонов?

Несмотря на то, что тема данной работы касается именно портативным гаджетам, стоит упомянуть о других сферах применения технологии:

• Контроль входа в деловых центрах и резиденциях;
• Платёжные устройства банков (“Face Pay”);
• Электронные паспорта современного образца;
• Системы видеонаблюдения городских служб;
• Автоматизация учёта посещаемости школ/институтов;
• Вход участников компьютеров/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже тестируется система платежа проезда по лицу (“Face Pay”) — достаточно пройти через барьер без карты или телефона! Похожие программы осуществляются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Каким образом меняется техпроцесс сегодня?

Всякий годик проявляются свежие идеи для улучшения уровня функционирования систем распознавания лиц:

1. Увеличивается чёткость сенсорных устройств — чем больше элементов фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше риск ошибки;
2. Улучшаются нейронные сети — современные архитектуры вида MobileNetV3 обеспечивают возможность скоростно осваивать новым чертам вида владельца непосредственно на девайсе без отправки данных в облако.
3. Улучшаются технологии антиспуфинга — теперь телефоны способны распознавать реальные живые лица от статичных снимков/масок по незаметным микродвижениям.
4. Синхронизация со интеллектуальными приборами — умные часы могут автоматически заблокировать смартфон, если обладатель ушёл далеко.
5. Возникают комбинированные устройства — в частности объединяющие речевую идентификацию + облик + отпечаток пальца.

Вот, те направления очень востребованы сейчас:

1) Миниатюризация компонентов

Производители пытаются сократить величину прорези (“чёлки”) под датчики на дисплее за счёт встраивания миниатюрных ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработка прямо на устройстве

Для увеличения приватности всё больше обработки данных происходит внутри устройства без передачи информации во внешний облачный услугу.

3) Упорядочивание норм

Гугл энергично пропагандирует стандарт BiometricPrompt API, для того чтобы аналогичные системы, как Вулкан Платинум, и все Android-программы могли взаимодействовать с любыми видами биометрии унифицированно.

Какое подобрать на сегодня?

Когда вам необходима наивысшая защита информации, выбирайте передовые устройства со встроенным ИК-проектором либо ToF-датчиком глубины.

• iPhone всех актуальных версий
• Huawei Mate/P Series линейки
• Mi Pro
• Vivo X линейки
• Оппо Найти Икс серий.

Если финансы невелик – лучше выбирать обычным способам защиты (PIN-код/сканер пальца), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан Платинум, применять только как опциональную возможность комфорта.

Как увеличить практичность работы возможности?

Есть несколько лайфхаков для тех, кто уже пользуется разблокировку по лицу:

1. Регулярно меняйте свою изображение-шаблон, если значительно изменяется облик.
2. Не упускайте из виду протирать объектив фронтальной камеры – разводы могут уменьшить точность!
3. Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так мобильник сам включает фотоаппарат как только вы берёте его в руки.
4. В процессе регистрационного процесса старайтесь сохранять лицо прямо напротив видеоустройства исключая резкого наклона головы.
5. Применяйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает телефон, если вы отвели взгляд от экрана.

Перспективы эволюции техники

В скоро наступающие годы можно ожидать появления полностью безконтактных способов идентификации индивидуума сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: лицо + речь + манера ходьбы + жесты рук!

Также возможно развитие новых способов защиты приватности – скажем, изменяющееся модификация электронного образца после каждой результативной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – единственная из очень интересных инноваций нашего эпохи! Она обеспечивает взаимодействие со телефоном проще чем раньше, и такие программы, как Вулкан Казино Платинум, могут в разы повысить ваш юзерский опыт, но требует внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, когда вы осведомлены, как устроена эта методика в деталях, – будете в состоянии осознаннее подбирать свой будущий девайс!