Как функционирует распознавание лиц в мобильных устройствах

Почему мы предпочитаем разблокировку по лицу

В недавние годы распознавание лиц превратилось в одной из наиболее востребованных возможностей для открытия умных телефонов. Всего несколько лет назад основная масса использующих удовлетворялись пин-кодами, паролями или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением таких технологий, например вулкан россия, нам вполне просто взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Что делает эту особенность очень нужной? Прежде всего, это удобно: не нужно запоминать замысловатые пароли или искать верный палец в темноте. Также, это быстро: современные системы идентифицируют лицо буквально за доли секунды. В-третьем пункте, это впечатление футуристичности — словно в кинофильмах про вулкан казино шпионов.

Однако за данной кажущейся несложностью прячется весь универсум комплексных методов и инженерных решений. Позвольте нам понять, как конкретно функционирует фейсканирование в современных гаджетах, какие бывают методы, насколько они защищены и что нас ждёт впереди.

Краткая история прогресса технологии

Распознавание лиц как технология существует уже более пятидесяти годов. Первые пробы автоматического анализа облика были предприняты еще в 1960-х годы в исследовательских центрах США. Тогда компьютеры способны были лишь выделять контуры лица и измерять промежутки между зрачками и устами на ахроматических изображениях.

Начальные бизнес системы появились в 1990-х годах, но они были далеки от совершенства: работали медленно и нередко ошибались. Только с эволюцией синтетических сетей и таких систем, как вулкан россии, высокопроизводительных мобильных процессоров идентификация лиц стало по-настоящему массовым явлением.

В 2017 году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с надёжным трёхмерным сканированием лица. За этим пошли Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие стали внедрять собственные решения.

Ключевые этапы действия устройства распознавания

Процесс определения лица можно условно сегментировать на несколько основных этапов:

1. Обнаружение лица — аппарат определяет наличие гуманного лица в изображении.
2. Определение особенностей — алгоритм исследует особенности лица: конфигурацию зрительных органов, обонятельного органа, уст, позицию бровей.
3. Построение модели — создаётся неповторимый цифровой отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение со стандартом — сформированный образец сопоставляется со сохранённой при внесении биометрической данными владельца.
5. Принятие выбора — если соответствие достаточно существенное, смартфон открывается.

Всякий из данных стадий требует особых процедур и улучшений для оперативной работы прямо на устройстве.

Технические элементы: что находится внутри них

Обычная фронтальная камера.

Самый простой легкий метод идентификации физиономии применяет исключительно лицевую камеру мобильного устройства. Данный метод реализован во многих недорогих вариантах Android-девайсов.

Сильные стороны:

• Не нуждается в требует дополнительные сенсоров.
• Оперативно функционирует при качественном освещении.

Отрицательные стороны:

• Просто одурачить снимком или видеозаписью.
• Плохо действует при плохом свете или необычных углах обзора.

Инфракрасная фотокамера и точечный проектор

Более совершенные системы, такие как вулкан россии, задействуют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта техпроцесс является основой Face ID от Apple.

Каким способом это работает:

• Точечный проекционный прибор отображает на облик пользователя невидимую сетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID использует около 30 000 меток).
• ИК устройство фиксирует искривление данной сетки по плоскости физиономии.
• Создаётся трехмерная глубинная карта глубины, которая почти что неосуществима для подделки типичной фотографией или маской.

Преимущества

• Надёжная функционирование даже в полной тьме.
• Большая защита к подделкам.
• Точность распознавания свыше 99%.

Дополнительные датчики

В определённых аппаратах применяются также дополнительные сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют период движения света до цели и обратно; Трехцветные-датчики дальности; специальные оптические измерители расстояния для построения более детализированной 3D-модели лица.

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

Программные алгоритмы: синтетический разум в исполнении

Нынешние системы идентификации физиономий немыслимы в отсутствие использования искусственного интеллекта и машинного обучения. Именно из-за таким инновациям, как вулкан россии, гаджет в состоянии распознавать юзера даже при метаморфозах внешнего вида: новая причёска, растительность на лице, оптика или макияж не становятся препятствием для разблокировки.

Распознавание лиц

В первом этапе алгоритм обязана оперативно найти образ лица среди целого снимка с камеры. Для данной цели задействуются многоуровневые классификаторы Хаара или более продвинутые сверточные нейронные сети (CNN), которые натренированы находить лица людей среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN в состоянии находить облик даже при частичном перекрытии (например, шарфом или ладонью).

Определение важных моментов

После обнаружения лица устройство, такая как вулкан россии, вычисляет положение главных точек: кончики глаз, конец носа, границы губ и так далее. Обычно задействуется от 68 до 128 ключевых маркеров на лицевой поверхности.

Данное необходимо для стабилизации изображения: если человек удерживает смартфон под углом, или склонил голову, программа корректирует картинку до стандартного положения для дальнейшего анализа.

Создание биометрического модели

Далее нейросеть строит уплотненное математическое представление (“эмбеддинг”) внешности пользователя — своеобразный цифровой след внешности длиной от 128 до 512 вещественных чисел.

Такой шаблон крайне сложно сфальсифицировать: он не сохраняет само изображение юзера, а лишь уникальные черты его облика, что делает его оптимальным для таких систем, как vulkan russia.

Сопоставление и вынесение заключения

Когда юзер хочет разблокировать мобильник взором, система повторяет все указанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает заданный порог (обычно выше 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, разблокируется; если нет — доступ запрещается.

Привыкание к метаморфозам внешности

Занимательная характеристика актуальных систем — возможность самообучения. Если ты постоянно открываете мобильное устройство с новой прической или оптикой, алгоритм постепенно модернизирует эталонный модель вашего лица для увеличения точности действия без ухудшения безопасности.

Защита биометрических данных.

Многие пользователи опасаются держать свои биометрические идентификационные данные на смартфоне из-за риска утечки информации или взлома устройства. Определенные фирмы, такие как vulkan russia, предлагают решения для улучшения безопасности информации юзеров.

• Локальное сохранение: Большинство девайсов хранит биометричные шаблоны только внутри защищённого микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные никогда не выходят из аппарат и недоступны включая изготовителю.

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

• Изоляция приложений: Программы сторонних разработчиков не обладают прямого доступа к биометрическим; они могут лишь требовать подтверждение верификации идентичности через системный API.

Стоит упомянуть значимую деталь: в случае, если какой-то человек достанет физический доступ к вашему телефону (например, пока вы спите), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество компании реализуют систему защиты от “слепого” разблокирования — например, просят раскрыть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно имеются виды распознавания лиц?

На сегодняшний день можно определить 3 ключевых подхода к осуществлению этой задачи:

Программируемое двухмерное идентификация

Используется только лицевая видеокамера без дополнительных сенсоров глубины. Этот метод встречается обычно в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: несложность реализации; низкая затраты; оперативная функционирование при качественном освещении.
Минусы: просто обмануть фотографией; ненадежная функционирование ночью; слабая безопасность.

Оборудование для 3D сканирование

Задействует ИК камеру + проектор точек + сенсоры глубины (Face ID у Apple; аналогичные технологии у Huawei Mate).
Плюсы: большая надёжность; невозможно исказить фото/видео; стабильная деятельность в любых условиях освещения.
Минусы: увеличение цены устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Гибридные способы с ИИ-дополнением

Задействуют комбинацию программируемых методов + техническую обработку + постобработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие товары, как вулкан россии и Google Pixel Face Unlock новейших версий, комбинируют фронтальную камеру c инфракрасным сенсором движения Soli Radar для предотвращения от подделок руками/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Образцы применения различных техник

• iPhone серии X/11/12/13/14 применяют только физическое трёхмерное сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые внедрил эквивалент Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10/S20 поддерживают как программное 2D идентификацию по изображению селфи-камерой, так и датчик ириса глаза.
• Huawei Mate20 Pro задействует набор из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-датчик

Проблемы безопасности и неверные срабатывания

Несмотря на впечатляющий прогресс технологий за недавние лет, идеальных систем пока не имеется:

1. Шанс подвоха: Бюджетные мобильники просто доступны качественной фотографией хозяина или видеозаписью с экрана другого устройства.
2. Идентичные близняшки: Даже самые идеальные системы могут перепутать между монозиготными близнецами либо родственниками с очень похожей внешностью.
3. Изменения внешнего вида: Резкое похудение/увеличение массы тела, пластические операции либо травмы в некоторых случаях необходимы для повторной регистрации биометрии.
4. Условия фотографирования: Сильная освещённость солнечным светом или интенсивная затенение могут снизить точность идентификации признаков.

Вот пара советов по безопасному использованию:

• Для критически важных операций всегда внедряйте дополнительную аутентификацию;
• Не активируйте опцию “Разблокировка по лицу” на недорогих аппаратах без ИК-сенсоров;
• Систематически апгрейдите ПО телефона для обеспечения безопасности от современных угроз;
• Включайте функцию “Требовать раскрытых глаз” везде, где она доступна.

В каких местах также находится применение технология кроме мобильных телефонов?

Несмотря на то, что предмет этой статьи касается именно мобильным устройствам, стоит упомянуть о альтернативных областях использования технологии:

• Контроль прохода в рабочих помещениях и жилых домах;
• Платёжные аппараты банков (“Face Pay”);
• Цифровые идентификационные документы нового поколения;
• Системы видеомониторинга муниципальных сервисов;
• Автоматизация учёта присутствия образовательных учреждений/университетов;
• Авторизация юзеров ПК/ноутбуков.

Например: В московском метро уже испытывается система платежа проезда по фейсу (“Face Pay”) — хватит пройти через турникет без пластика или телефона! Схожие проекты реализуются в Китае (Шэньчжэнь), Республике Корея и ряде стран Европы.

Каким образом изменяется технология в нынешнее время?

Всякий годик появляются новые идеи для повышения качества функционирования систем распознавания лиц:

1. Увеличивается чёткость датчиков — чем больше информации фиксируется фотоаппаратом/датчиками глубины, тем меньше шанс неточности;
2. Улучшаются нейросети — современные конструкции типа MobileNetV3 позволяют быстро осваивать новым характеристикам облика пользователя непосредственно на девайсе без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Совершенствуются способы антиспуфинга — теперь мобильные устройства умеют отличать настоящие живые лица от фиксированных фото/маскировок по микроскопическим движениям кожи.
4. Взаимодействие со интеллектуальными приборами — интеллектуальные часы могут авто заблокировать мобильный телефон, если владелец ушёл далеко.
5. Возникают комбинированные устройства — например совмещающие речевую аутентификацию + физиономию + дактилоскопический след.

Здесь, которые направления особенно популярны на сегодняшний день:

1) Сокращение компонентов

Компании пытаются минимизировать габариты выреза (“чёлки”) для датчики на дисплее за счёт интеграции маленьких ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработка прямо на аппарате

Для улучшения приватности всё больше обработки данных происходит внутри устройства без отправки информации во дополнительный облачный услугу.

3) Стандартизация стандартов

Гугл активно пропагандирует норму BiometricPrompt API, для того чтобы такие системы, например как вулкан россия, и все Android-аппы были совместимы с любыми видами биометрии унифицированно.

Какое подобрать сегодня?

Когда тебе важна максимальная защита данных, подбирайте флагманские аппараты со встроенным ИК-проектором или ToF-сенсором глубины.

• iPhone всех новейших моделей
• Huawei Mate/P линейки
• Mix Expert
• Vivo X модели
• Оппо Обнаружить X серии.

Если бюджет ограничен – лучше выбирать обычным средствам защиты (PIN-код/сканер пальца), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, применять только как дополнительную возможность удобства.

Каким образом улучшить удобство использования возможности?

Есть несколько лайфхаков для пользователей, кто уже использует разблокировку по лицу:

1. Часто обновляйте свою фото-шаблон, если кардинально изменяется внешний вид.
2. Не пренебрегайте чистить объектив фронтальной камеры – пятна могут уменьшить точность!
3. Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате телефон сам активирует фотоаппарат как только вы поднимаете его.
4. При регистрации пытайтесь держать голову ровно напротив камеры исключая значительного наклона головы.
5. Используйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает телефон, если вы отвели взгляд от экрана.

Перспективы прогресса техники

В предстоящие времена можно предполагать появления полностью дистанционных способов опознания персоны сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: облик + голос + манера ходьбы + манипуляции руками!

Также вероятно возникновение новых методов охраны конфиденциальности – к примеру, динамическое изменение диджитал паттерна после каждой успешной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из очень увлекательных техник нашего эпохи! Она обеспечивает общение со телефоном проще чем раньше, и такие аппы, как vulkan russia, могут существенно повысить ваш пользовательский опыт, но требует осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, если вы осведомлены, как устроена эта методика изнутри, – сможете вдумчиво подбирать свой следующий девайс!