Как работает идентификация лицевых образов в смартфонах

Зачем мы выбираем разблокировку по лицу

В последние времена определение лиц является одной из самых популярных функций для разблокировки мобильных телефонов. Всего несколько годов тому назад основная часть пользователей обходились пин-кодами, ключами доступа или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, например Вулкан Платинум, нам вполне просто взглянуть на экран — и устройство тут же опознает своего владельца.

Что делает эту функцию очень нужной? Для начала, это удобно: не нужно запоминать трудные пароли или отыскивать правильный палец в темноте. Во-вторых, это оперативно: современные системы узнают лицо фактически за мгновения ока. В-третьих, это чувство будущего — как будто в кинофильмах про Вулкан казино разведчиков.

Впрочем за данной видимой несложностью прячется весь вселенная комплексных технологий и инженерных решений. Попробуем разобраться, как именно работает распознавание лиц в новейших мобильных телефонах, какие бывают технологии, насколько они защищены и что нас предстоит.

Короткая повествование эволюции технологии

Идентификация лиц как методика имеется уже более пятидесяти лет. Начальные пробы автоматизированного анализа лица были сделаны еще в 1960-х годах в лабораториях США. Тогда компьютеры умели лишь обозначать силуэты лица и определять промежутки между очами и губами на монохромных фотографиях.

Изначальные торговые системы возникли в 1990-х годах, но они были неидеальны: работали медленно и часто ошибались. Только с эволюцией нейронных сетей и таких площадок, как Vulkan Platinum, сильных мобильных чипов распознавание лиц стало по-настоящему массовым явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый массовый смартфон с достоверным трёхмерным сканированием лица. За ним пошли Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие стали внедрять личные разработки.

Основные этапы действия устройства определения

Процесс распознавания лица можно условно разделить на несколько ключевых этапов:

1. Обнаружение лиц — аппарат выявляет присутствие людского лица в изображении.
2. Определение характеристик — механизм изучает особенности лица: очертания глаз, носа, уст, расположение бровей.
3. Построение шаблона — создаётся особенный цифровой отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
4. Сравнение с стандартом — созданный модель сверяется с сохранённой при учёте биометрической информацией владельца.
5. Принятие определения — если сходство достаточно существенное, смартфон деблокируется.

Каждый из этих этапов нуждается в специальных алгоритмов и оптимизаций для скорой работы непосредственно на девайсе.

Аппаратные компоненты: что прячется внутри них

Типичная селфи камера.

Простейший простой метод определения физиономии применяет лишь переднюю видеокамеру смартфона. Такой метод осуществлён во различных доступных версиях Android-устройств.

Преимущества:

• Необходимо потребляет дополнительные сенсоров.
• Шустро работает при качественном свете.

Недостатки:

• Несложно обмануть снимком или видеозаписью.
• Неправильно функционирует при низком освещённости или нестандартных точках зрения.

Инфракрасная камера и точечный проекционный аппарат

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

Как это работает:

• Точечный проектор проецирует на облик пользователя невидимую сетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID применяет около 30 000 точек).
• Инфракрасная камера фиксирует деформацию этой решетки по поверхности лица.
• Формируется трехмерная глубинная карта глубины, что практически неосуществима для имитации типичной снимком или маской.

Преимущества

• Надёжная функционирование даже в полной темноте.
• Высокая защита к фальсификациям.
• Точность определения более 99%.

Добавочные сенсорные устройства

В определённых девайсах применяются также вспомогательные сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют время прохождения света до цели и обратно; Трехцветные-датчики дальности; специальные оптические лидары для построения более точной 3D-модели физиономии.

Эти технологии используются в основном во топовых аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные процедуры: синтетический разум в действии

Текущие системы идентификации физиономий немыслимы при отсутствии использования искусственного интеллекта и machine learning. Именно вследствие таким инновациям, как Vulkan Platinum, аппарат может распознавать юзера даже при трансформациях внешности: новая причёска, растительность на лице, линзы или макияж не становятся препятствием для деблокировки.

Обнаружение лица

На начальном шаге программа должна оперативно обнаружить лицо внутри целого кадра с камеры. Для данной цели применяются многоуровневые классификаторы Хаара или более продвинутые сверточные нейронные сети (CNN), которые подготовлены находить человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN способен распознавать облик даже в случае частичном перекрытии (например, шарфом или рукой).

Идентификация основных моментов

После обнаружения лица система, такая как Vulkan Platinum, устанавливает местоположение основных точек: края глаз, конец носа, границы губ и так далее. Часто используется от 68 до 128 ключевых маркеров на лицевой поверхности.

Данное нужно для выравнивания изображения: если пользователь удерживает мобильник под углом, или повернул головку, программа исправляет изображение до нормального состояния для последующего изучения.

Построение биометрии образца

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

Данный шаблон крайне сложно подделать: он не хранит непосредственно картинку юзера, а лишь исключительные особенности его вида, что делает его оптимальным для таких систем, как Вулкан Казино Платинум.

Сравнение и осуществление выбора

В случае, когда юзер желает разблокировать мобильник глазами, механизм осуществляет все указанные описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Привыкание к изменениям внешнего вида

Увлекательная черта современных системы — способность самообучения. Если ты регулярно открываете мобильное устройство с новой прической или оптикой, система постепенно освежает эталонный шаблон вашего лица для увеличения точности действия без ухудшения безопасности.

Охрана биометрии информации.

Многие клиенты беспокоятся хранить свои биометрические данные на смартфоне из-за риска утечки данных или взлома гаджета. Некоторые фирмы, такие как Вулкан Казино Платинум, предлагают методы для улучшения сохранности информации клиентов.

• Локальное хранение: Большинство девайсов сохраняет биометричные образцы только внутрь защищенного процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они ни разу не не оставляют гаджет и закрыты даже производителю.

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

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

Стоит упомянуть важную деталь: в случае, если кто-то достанет доступ к вашему телефону физически (к примеру, во время сна), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие производители внедряют систему защиты от автоматического разблокирования — например, требуют разомкнуть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно существуют типы определения лиц на изображениях?

На сегодняшний день можно определить выделить 3 главных подхода к выполнению этой функции:

Софтверное 2D распознавание

Используется только фронтальная камера без экстра детекторов глубины. Такой подход встречается чаще всего в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: несложность воплощения; низкая стоимость; быстрая функционирование при достаточном освещении.
Минусы: несложно ввести в заблуждение фотографией; ненадежная функционирование ночью; низкая охрана.

Техническое объёмное сканирование

Применяет инфракрасную камеру + проектор точек + датчики дистанции (Face ID у Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Плюсы: высокая достоверность; не получится обмануть фото/видео; стабильная деятельность при любом освещении.
Минусы: увеличение цены устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные методы с дополнением ИИ

Применяют комбинацию программных методов + аппаратную обработку + дополнительную обработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные товары, как Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock последних версий, сочетают фронталку c инфракрасным сенсором мобильности Soli Radar для предотвращения от фальсификаций руками/масками/видеоэкранами посторонних устройств.

Образцы применения разных техник

• iPhone серии X/11/12/13/14 задействуют только аппаратное трёхмерное сканирование в 3D
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые внедрил эквивалент Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10 версия/S20 обеспечивают как софтверное плоское распознавание по фото фронталкой, так и сканер ириса глаза.
• Huawei Mate20 Pro задействует систему из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Трудности защиты и ложные срабатывания

Несмотря на впечатляющий развитие инноваций за последние годы, безупречных системы пока не имеется:

1. Возможность мошенничества: Недорогие мобильники просто доступны качественной фотографией владельца или же видео с экрана другого устройства.
2. Идентичные близняшки: Даже самые безупречные устройства могут перепутать между однояйцевыми близнецами либо семьями с очень схожей внешностью.
3. Трансформации внешнего вида: Стремительное снижение веса/увеличение массы тела, пластические операции или повреждения иногда необходимы для перерегистрации биометрии.
4. Условия фотографирования: Сильная подсветка солнцем или же интенсивная темнота могут понизить аккуратность идентификации признаков.

Вот несколько советов по защищённому эксплуатации:

• Для важных операций всегда применяйте двухэтапную аутентификацию;
• Не запускайте опцию “Разблокировка по лицу” на дешёвых устройствах без ИК-сенсоров;
• Регулярно обновляйте прошивку прошивку мобильного устройства для защиты от актуальных атак;
• Включайте функцию “Требовать раскрытых глаз” в тех местах, где она есть.

В каких областях ещё применяется технология кроме мобильных телефонов?

Пускай основная мысль нашей статьи сосредоточена на именно смартфонам и планшетам, следует отметить альтернативных областях использования технологии:

• Управление прохода в офисах и жилых домах;
• Платёжные терминалы финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Виртуальные удостоверения личности нового типа;
• Системы видеомониторинга городских подразделений;
• Автоматизирование регистрации посещаемости учебных заведений/институтов;
• Аутентификация пользователей ПК/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже проверяется система платежа проезда по фейсу (“Face Pay”) — достаточно пройти через барьер без пластика или телефона! Похожие проекты реализуются в Китае (Шэньчжэнь), Республике Корея и ряде стран Европы.

Как трансформируется технология в нынешнее время?

Каждый годочек проявляются новые концепции для усовершенствования уровня функционирования систем распознавания лиц:

1. Увеличивается чёткость сенсорных устройств — чем больше элементов фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше риск погрешности;
2. Совершенствуются нейронные сети — современные конструкции модели MobileNetV3 позволяют скоростно обучаться новым характеристикам вида пользователя прямо на устройстве без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Развиваются способы антиспуфинга — теперь мобильные устройства умеют распознавать реальные движущиеся облики от неподвижных снимков/масок по микроскопическим движениям кожи.
4. Взаимодействие со смарт-гаджетами — интеллектуальные часы могут автоматически блокировать смартфон, если пользователь ушёл далеко.
5. Возникают комбинированные системы — например объединяющие голосовую идентификацию + лицо + дактилоскопический след.

Здесь, какие направления очень востребованы в данный момент:

1) Сокращение элементов

Компании намереваются минимизировать габариты прорези (“чёлки”) под сенсоры на экране за счёт интеграции маленьких ИК-проекторов прямо под поверхность дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработка прямо на аппарате

Для улучшения конфиденциальности всё больше вычислений осуществляется локально без отправки данных во сторонний облачный сервис.

3) Упорядочивание стандартов

Гугл интенсивно продвигает эталон BiometricPrompt API, для того чтобы такие площадки, как Вулкан Платинум, и любые Android-аппы были совместимы с всеми формами биометрии унифицированно.

Что решить сегодня?

Когда вам всем нужна наивысшая безопасность данных, подбирайте флагманские устройства с интегрированным ИК-проектором или же ToF-сенсором глубины.

• iPhone каждого актуальных моделей
• Huawei Companion/P линейки
• Xiaomi Expert
• Vivo X линейки
• Оппо Найти X линейки.

Если средства скромен – лучше отдавать предпочтение классическим методам защиты (PIN-код/сканер пальца), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан Платинум, применять только как опциональную опцию комфорта.

Каким образом увеличить удобство работы функции?

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

1. Регулярно обновляйте свою фото-шаблон, если сильно меняется внешность.
2. Не упускайте из виду чистить объектив передней камеры – пятна могут уменьшить точность!
3. Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате смартфон сам активирует фотоаппарат когда вы берёте его в руки.
4. Во время регистрационного процесса пытайтесь сохранять лицо неподвижно перед камеры исключая значительного наклона головы.
5. Задействуйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает смартфон, если вы отвернулись от экрана.

Будущее эволюции технологии

В ближайшие времена можно ожидать появления полностью безконтактных способов распознавания персоны сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: облик + речь + походка + манипуляции руками!

Также возможно появление новых способов охраны конфиденциальности – скажем, переменное корректировка цифрового образца после каждой удачной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из наиболее захватывающих техник нашего эпохи! Она предоставляет общение со телефоном проще чем до этого, и такие приложения, как Вулкан Казино Платинум, могут в разы оптимизировать ваш юзерский опыт, но запрашивает внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, когда вы осведомлены, как устроена эта технология изнутри, – сумеете вдумчиво определять свой следующий девайс!