Как работает определение лицевых образов в мобильных устройствах

Почему мы останавливаемся на разлочивание по лицу

В последние времена распознавание лиц превратилось в одной из самых популярных опций для открытия умных телефонов. Всего пару годов ранее основная часть использующих обходились PIN-кодами, паролями или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, например вулкан россия, нам достаточно лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Какая вещь превращает данную функцию настолько популярной? Для начала, это комфортно: не нужно запоминать сложные пароли или находить правильный палец в тьме. Во-вторых, это быстро: современные программы идентифицируют лицо практически за мгновение. В-третьих, это чувство футуризма — будто в кинолентах про казино вулкан разведчиков.

Однако за данной на первый взгляд простотой прячется целый мир комплексных методов и инженерных решений. Давайте исследовать, как именно функционирует идентификация по лицу в новейших смартфонах, какие применяются технологии, насколько они надёжны и что нас ожидает в будущем.

Краткая хроника эволюции техники

Распознавание лиц как технология имеется уже более 50 лет. Начальные попытки машинного исследования лиц были осуществлены еще в 1960-х годы в научных учреждениях США. Тогда компьютеры способны были лишь выделять контуры черепа и вычислять расстояния между очами и устами на ахроматических фотографиях.

Изначальные торговые установки возникли в 1990-х годах, но они были далеки от совершенства: работали медленно и часто ошибались. Только с эволюцией искусственных сетей и таких платформ, как вулкан россии, мощных мобильных процессоров идентификация лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В 2017 году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с достоверным трёхмерным распознаванием лица. За этим последовали Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали интегрировать свои решения.

Главные этапы действия механизма распознавания

Процесс идентификации лица можно примерно поделить на несколько основных этапов:

1. Распознавание лиц — устройство распознает присутствие людского образа в кадре.
2. Определение признаков — механизм анализирует особенности лица: конфигурацию глаз, носа, губ, расположение надбровных дуг.
3. Построение модели — создаётся уникальный виртуальный отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение со стандартом — полученный шаблон сверяется с записанной при внесении биометрической данными владельца.
5. Принятие решения — если сходство достаточно существенное, смартфон открывается.

Всякий из указанных шагов нуждается в специальных процедур и улучшений для скорой работы непосредственно на девайсе.

Технические компоненты: что находится внутри

Обычная передняя камера.

Самый простой вариант идентификации физиономии задействует только фронтальную камеру смартфона смартфона. Данный способ реализован во многих бюджетных версиях Android-девайсов.

Сильные стороны:

• Необходимо нуждается в дополнительные датчиков.
• Быстро действует при достаточном освещении.

Недостатки:

• Несложно одурачить изображением или роликом.
• Неправильно работает при низком освещении или необычных точках зрения.

Инфракрасная фотокамера и пунктирный проекционный аппарат

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

Каким образом это работает:

• Точечный проектор проецирует на облик использующего невидимую решетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID применяет около 30 000 пятен).
• Инфракрасная камера регистрирует изменение формы этой решетки по плоскости физиономии.
• Получается трёхмерная карта глубинности, что почти что невозможна для подделки обычной фотографией или маской.

Достоинства

• Надёжная деятельность даже в полной тьме.
• Высокая сопротивляемость к имитациям.
• Точность идентификации свыше 99%.

Дополнительные датчики

В отдельных устройствах задействуются также вспомогательные сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют период прохождения света до цели и обратно; RGB-датчики дальности; специальные оптические лидары для построения более точной 3D-модели лица.

Эти разработки встречаются в основном во топовых устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Программные процедуры: искусственный ум на исполнении

Текущие устройства опознания лиц невозможны при отсутствии применения ИИ и machine learning. Именно вследствие таким разработкам, как вулкан россии, гаджет способно узнавать пользователя даже при метаморфозах внешнего вида: новая причёска, щетина, оптика или грим не становятся барьером для открытия.

Детектирование лица

В стартовом этапе система необходимо быстро распознать лицо среди всего кадра камеры. Для этого задействуются последовательные классификаторы Хаара или более новейшие конволюционные нейронные сети (CNN), которые “обучены” распознавать человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN может распознавать облик даже при неполном перекрытии (например, шалью или ладонью).

Определение ключевых моментов

После распознавания лица устройство, такая как вулкан россии, устанавливает расположение основных точек: кончики глаз, конец носа, края губ и так далее. Обычно задействуется от 68 до 128 основных маркеров на лице.

Это необходимо для выравнивания визуала: если человек удерживает смартфон под наклоненным, или склонил голову, программа корректирует изображение до обычного угла для дальнейшего анализа.

Построение биометрии шаблона

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

Данный образец крайне сложно подделать: он не удерживает само фото юзера, а лишь уникальные особенности его облика, что делает его совершенным для таких систем, как vulkan russia.

Сравнительный анализ и вынесение выбора

Если пользователь желает открыть мобильник взором, программа осуществляет все шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если схожесть превышает установленный уровень (обычно превышает 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, открывается; если нет — доступ блокируется.

Привыкание к метаморфозам облика

Интересная черта нынешних систем — возможность самостоятельного обучения. Если вы часто доступаете к телефон с свежей укладкой или оптикой, алгоритм постепенно модернизирует основной образец вашего лица для повышения точности работы без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрии информации.

Большинство юзеры беспокоятся сохранять свои био-идентификационные данные на смартфоне из-за угрозы утечки данных или взлома гаджета. Некоторые фирмы, такие как vulkan russia, предлагают решения для увеличения защиты сведений пользователей.

• Локальное хранение: Основная часть аппаратов записывает биометрические образцы только внутрь защищённого процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не оставляют аппарат и закрыты в том числе производителю.

• Шифрование: Все данные хранятся только в кодированном виде с использованием актуальных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция программ: Программы внешних разработчиков не имеют прямого возможности доступа к биометрическим данным; они могут лишь запрашивать подтверждение верификации личности через системный API.

Следует упомянуть существенную деталь: если кто-то достанет доступ к вашему телефону физически (к примеру, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество производители реализуют систему защиты от автоматического разблокирования — в частности, заставляют раскрыть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют виды идентификации лиц?

Сегодня можно определить определить три главных способа к выполнению этой операции:

Софтверное 2D распознавание

Применяется только фронтальная камера без экстра датчиков глубины. Подобный способ встречается чаще всего в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: легкость осуществления; умеренная цена; быстрая функционирование при хорошем свете.
Минусы: просто обмануть снимком; неустойчивая деятельность ночью; недостаточная безопасность.

Аппаратное трёхмерное оцифровка

Использует ИК камеру + проектор точек + датчики дистанции (Face ID от Apple; аналогичные технологии у Huawei Mate).
Плюсы: значительная надёжность; нельзя подделать фото/видео; постоянная деятельность при любом освещении.
Минусы: увеличение цены устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Гибридные методы с ИИ-дополнением

Задействуют комбинацию программируемых методов + техническую обработку + постобработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные изделия, например вулкан россии и Google Pixel Face Unlock новейших поколений, объединяют фронтальную камеру c инфракрасным датчиком мобильности Soli Radar для защиты от фальсификаций руками/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Образцы применения разных методов

• iPhone линейки X/11/12/13/14 задействуют только техническое трёхмерное 3D-сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз представил аналог Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10 модель/S20 поддерживают как программное обеспечение плоское идентификацию по снимку фронталкой, так и датчик глазного ириса.
• Huawei Mate20 Pro применяет комплекс из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-сенсор

Вопросы защиты и ошибочные срабатывания

Несмотря на поразительный прогресс инноваций за прошедшие лет, безупречных систем пока не существует:

1. Вероятность подвоха: Бюджетные смартфоны без труда доступны качественной изображением пользователя или же видео с дисплея иного гаджета.
2. Идентичные близнецы: Даже самые безупречные механизмы могут перепутать между монозиготными близнецами либо семьями с очень похожей внешностью.
3. Изменения внешнего вида: Стремительное похудение/увеличение массы тела, косметические процедуры или травмы в некоторых случаях требуют повторной регистрации биометрии.
4. Условия съёмки: Интенсивная подсветка солнечным светом или же глубокая тень могут уменьшить верность определения признаков.

Вот некоторые рекомендаций для безопасному применению:

• Для значимых операций всегда применяйте двухэтапную аутентификацию;
• Не активируйте опцию “Разблокировка по лицу” на дешёвых устройствах без ИК-сенсоров;
• Постоянно обновляйте прошивку ПО мобильного устройства для предотвращения угроз от современных угроз;
• Включайте функцию “Требовать раскрытых глаз” там, где она имеется.

В каких областях также находится применение технология кроме мобильных телефонов?

Пускай предмет нашей публикации касается в частности мобильным устройствам, следует отметить альтернативных областях использования технологии:

• Контроль доступа в деловых центрах и многоквартирных зданиях;
• Платёжные терминалы банков (“Face Pay”);
• Электронные идентификационные документы нового типа;
• Системы видеонаблюдения муниципальных служб;
• Автоматизация учёта присутствия школ/вузов;
• Аутентификация юзеров персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В городском метро уже испытывается система оплаты проезда по лицу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через турникет без карты или мобильника! Схожие проекты развиваются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Республике Корея и ряде стран Европы.

Как изменяется техпроцесс в наше время?

Любой год возникают новые мысли для улучшения качества деятельности систем идентификации лиц:

1. Увеличивается разрешение датчиков — чем больше деталей фиксируется камерой/датчиками глубины, тем меньше вероятность погрешности;
2. Совершенствуются искусственные интеллекты — современные структуры типа MobileNetV3 обеспечивают возможность быстро адаптироваться к свежим чертам внешности пользователя непосредственно на девайсе без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Улучшаются технологии антиспуфинга — теперь мобильные устройства способны различать подлинные анимированные лица от статичных фото/масок по мельчайшим микродвижениям.
4. Взаимодействие со интеллектуальными приборами — интеллектуальные часы могут авто блокировать смартфон, если владелец ушёл далеко.
5. Возникают комбинированные системы — например объединяющие аудио опознание + лицо + отпечаток пальца.

Вот, которые тенденции очень актуальны на сегодняшний день:

1) Уменьшение элементов

Производители пытаются уменьшить габариты отверстия (“чёлки”) под сенсоры на дисплее за счёт интеграции миниатюрных ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Переработка прямо на аппарате

Для повышения конфиденциальности всё больше расчётов выполняется внутри устройства без пересылки данных во дополнительный облачный услугу.

3) Стандартизация стандартов

Гугл активно продвигает норму BiometricPrompt API, с целью чтобы такие платформы, например как вулкан россия, и каждые Android-аппы были совместимы с всеми формами биометрии единообразно.

Что выбрать на сегодня?

В случае если вам важна наивысшая защита данных, подбирайте передовые устройства с вмонтированным ИК-излучателем либо ToF-сенсором глубины.

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

Если бюджет скромен – лучше выбирать традиционным средствам безопасности (PIN-код/сканер отпечатка), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, применять только как второстепенную опцию комфорта.

Каким образом повысить удобство функционирования функции?

Есть несколько лайфхаков для тех, кто уже использует функцию распознавания лица:

1. Периодически меняйте свою фотографию-шаблон, если сильно изменяется внешний вид.
2. Не забывайте чистить объектив передней камеры – разводы могут снизить четкость!
3. Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате смартфон сам активирует камеру как только вы берёте его в руки.
4. При регистрационного процесса постарайтесь держать голову неподвижно напротив видеоустройства не допуская резкого наклона головы.
5. Используйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает телефон, если вы отворачиваетесь от дисплея.

Будущее прогресса технологии

В ближайшие годы можно предполагать появления полностью дистанционных способов распознавания человека сразу по нескольким биометрическим характеристикам параметрам одновременно: физиономия + голос + походка + движения рук!

Также возможно появление новых методов обеспечения личной информации – например, динамическое модификация цифрового паттерна после каждой успешной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из очень интересных техник нашего времени! Она предоставляет интеракцию со смартфоном комфортнее чем когда-либо прежде, и такие программы, как vulkan russia, могут существенно повысить ваш юзерский опыт, но требует внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, если вы знаете, как функционирует эта технология в деталях, – сможете вдумчиво подбирать свой следующий устройство!