Каким способом работает определение лиц в смартфонах

Зачем мы останавливаемся на разблокирование по фейсу

В прошлые времена распознавание лиц стало одной из самых распространённых функций для открытия умных телефонов. Еще несколько годов ранее основная масса пользователей довольствовались пин-кодами, секретными кодами или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением подобных технологий, например Вулкан Платинум, нам вполне лишь взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Какая вещь делает эту функцию очень нужной? Прежде всего, это удобно: не нужно помнить сложные пароли или искать нужный палец в темноте. Во-вторых, это мгновенно: современные программы распознают лицо практически за доли секунды. В-третью очередь, это впечатление футуристичности — будто в фильмах про вулкан платинум шпионов.

Тем не менее за такой на первый взгляд несложностью прячется целый универсум сложных технологий и инженерных концепций. Позвольте нам понять, как конкретно действует распознавание лиц в современных гаджетах, какие существуют технологии, насколько они защищены и что нас предстоит.

Сжатая история прогресса техники

Идентификация лиц как методика имеется уже более 50 лет. Изначальные попытки автоматизированного изучения лица были осуществлены еще в 1960-х годах в научных учреждениях США. Тогда ЭВМ способны были лишь обозначать контуры головы и определять дистанции между очами и устами на ахроматических снимках.

Первые бизнес платформы возникли в 1990-х годах, но они были неидеальны: работали медленно и нередко ошибались. Только с прогрессом нейронных сетей и таких платформ, как Vulkan Platinum, сильных мобильных чипов определение лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

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

Главные этапы функционирования механизма идентификации

Процесс идентификации лица можно примерно разделить на несколько ключевых этапов:

1. Обнаружение лица — устройство распознает существование человеческого лица в изображении.
2. Определение характеристик — система исследует контуры физиономии: конфигурацию зрительных органов, обонятельного органа, губ, расположение надбровных дуг.
3. Построение модели — создаётся неповторимый цифровой отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение со образцом — полученный модель сверяется со записанной при внесении биометрической информацией владельца.
5. Принятие решения — если соответствие достаточно высокое, смартфон открывается.

Каждый из указанных стадий требует специальных алгоритмов и оптимизаций для оперативной работы непосредственно на девайсе.

Технические компоненты: что находится в их недрах

Обычная фронтальная камера.

Наиболее легкий вариант определения облика использует лишь фронтальную видеокамеру смартфона. Такой подход реализован во многочисленных недорогих версиях Android-девайсов.

Сильные стороны:

• Не нуждается в дополнительных сенсоров.
• Быстро действует при достаточном освещённости.

Отрицательные стороны:

• Несложно одурачить снимком или видеозаписью.
• Плохо функционирует при плохом освещённости или нестандартных точках зрения.

ИК фотокамера и пунктирный проектор

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

Как это действует:

• Точечный проектор показывает на лицо пользователя невидимую сетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID применяет около 30 000 меток).
• Инфракрасная камера фиксирует изменение формы этой решетки по плоскости физиономии.
• Создаётся трехмерная карта глубины глубинности, что почти невозможна для фальсификации стандартной снимком или маской.

Преимущества

• Надёжная работа даже в полной темноте.
• Сильная защита к подделкам.
• Точность идентификации свыше 99%.

Дополнительные датчики

В отдельных девайсах применяются также вспомогательные сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют период прохождения луча до цели и обратно; RGB-датчики дальности; специальные световые дальномеры для создания более аккуратной 3D-модели лица.

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

Программные методы: искусственный ум на действии

Современные механизмы идентификации лиц неосуществимы без применения artificial intelligence и machine learning. Именно благодаря таким разработкам, как Vulkan Platinum, гаджет способно идентифицировать владельца даже при изменениях облика: новая укладка, борода, линзы или косметика не становятся помехой для открытия.

Распознавание физиономии

В первом стадии программа должна оперативно найти лицо среди всего снимка с камеры. Для этого задействуются последовательные классификаторы Хаара или более продвинутые конволюционные нейронные сети (CNN), которые натренированы находить лиц человека среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN может распознавать физиономию даже при частичном перекрытии (например, шалью или рукой).

Выделение ключевых моментов

После распознавания лица устройство, такая как Vulkan Platinum, устанавливает расположение ключевых точек: кончики глаз, верхушка носа, границы губ и так далее. Часто задействуется от 68 до 128 ключевых точек на лице.

Это требуется для выравнивания картинки: если юзер удерживает смартфон под наклоненным, или наклонил голову, программа исправляет картинку до нормального состояния для дальнейшего анализа.

Создание биометрического идентификатора образца

Далее нейросеть строит сжатое цифровое представление (“эмбеддинг”) внешности пользователя — своеобразный цифровой “отпечаток” внешности длиной от 128 до 512 флоатов.

Такой шаблон очень трудно имитировать: он не хранит само фото юзера, а лишь уникальные черты его облика, что делает его совершенным для таких систем, как Вулкан Казино Платинум.

Сопоставление и вынесение решения

Если пользователь намеревается разлочить телефон взором, механизм повторяет все шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Приспособление к метаморфозам внешнего вида

Увлекательная особенность актуальных системы — возможность самостоятельного обучения. Если ты регулярно разблокируете мобильное устройство с новой стрижкой или оптикой, программа постепенно обновляет эталонный модель вашего лица для увеличения точности действия без ухудшения безопасности.

Охрана биометрических данных.

Большинство пользователи опасаются держать свои биометрические идентификационные данные на смартфоне из-за угрозы потери данных или взлома гаджета. Определенные фирмы, такие как Вулкан Казино Платинум, предлагают решения для увеличения защиты данных клиентов.

• Локальное сохранение: Преимущественно аппаратов хранит био-идентификационные образцы лишь внутри безопасного чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они никогда не выходят из аппарат и недоступны в том числе изготовителю.

• Шифрование: Все информация сохраняются только в кодированном виде с использованием актуальных криптографических алгоритмов AES256.

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

Следует отметить значимую деталь: если какой-то человек сможет получить физический доступ к вашему телефону (например, пока вы спите), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие производители реализуют меры безопасности от “слепого” разблокирования — в частности, требуют раскрыть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют имеются виды идентификации лиц?

В настоящее время можно выделить три основных способа к осуществлению этой функции:

Программируемое 2D идентификация

Применяется только лицевая камера без вспомогательных детекторов дистанции. Подобный подход используется чаще всего в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: простота реализации; минимальная цена; скоростная функционирование при качественном свете.
Минусы: легко одурачить снимком; ненадежная деятельность ночью; слабая защищенность.

Техническое трёхмерное оцифровка

Задействует инфракрасную камеру + проектор пикселей + сенсоры глубины (Face ID у Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Преимущества: высокая надёжность; невозможно подделать изображение/видеозапись; постоянная функционирование при любом освещении.
Минусы: повышение стоимости устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные методы с интеграцией ИИ

Используют комбинацию программных методов + аппаратно-техническую обработку + постобработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие товары, например Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock современных поколений, объединяют фронтальную камеру c ИК датчиком движения Soli Radar для предотвращения от подделок руками/масками/видеодисплеями посторонних устройств.

Образцы использования разных методов

• iPhone модели X/11/12/13/14 задействуют только аппаратное трёхмерное 3D-сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые представил подобие Face ID в числе Android.
• Samsung Galaxy S10 модель/S20 имеют как программное 2D определение по изображению фронтальной камерой, так и сенсор ириса глаза.
• Huawei Mate20 Pro задействует систему из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Трудности охраны и ошибочные тревоги

Несмотря на поразительный развитие инноваций за прошедшие годы, безупречных механизмов пока не имеется:

1. Шанс мошенничества: Доступные телефоны просто “разблокируются” высококачественной изображением хозяина либо видео с экрана другого устройства.
2. Идентичные близнецы: Даже самые безупречные системы могут ошибиться между монозиготными близнецами либо семьями с очень схожей внешностью.
3. Изменения облика: Внезапное похудение/увеличение массы тела, пластические операции либо повреждения порой требуют повторной регистрации биометрии.
4. Условия фотографирования: Сильная засветка солнечным светом либо интенсивная темнота могут снизить верность определения признаков.

Ниже пара рекомендаций для защищённому использованию:

• Для важных операций всегда внедряйте двухфакторную аутентификацию;
• Не включайте возможность “Разблокировка по лицу” на недорогих моделях без ИК-сенсоров;
• Постоянно обновляйте прошивку прошивку мобильного устройства для предотвращения угроз от актуальных атак;
• Включайте опцию “Требовать распахнутых глаз” там, где она доступна.

В каких местах также используется технология кроме смартфонов?

Хотя основная мысль нашей статьи посвящена именно мобильным устройствам, необходимо сказать о прочих направлениях внедрения технологии:

• Управление входа в деловых центрах и резиденциях;
• Платёжные аппараты финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Цифровые паспорта последнего поколения;
• Установки видеомониторинга городских сервисов;
• Автоматизация отслеживания посещаемости учебных заведений/вузов;
• Аутентификация пользователей персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже проверяется система платежа проезда по фейсу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через турникет без пластика или телефона! Аналогичные инициативы развиваются в Китае (Шэньчжэнь), Республике Корея и некоторых европейских странах.

Каким способом трансформируется технология в нынешнее время?

Всякий год возникают новые мысли для улучшения уровня работы систем распознавания лиц:

1. Увеличивается чёткость датчиков — чем больше элементов фиксируется фотоаппаратом/датчиками глубины, тем меньше риск ошибки;
2. Развиваются искусственные интеллекты — передовые конструкции типа MobileNetV3 позволяют быстро обучаться дополнительным чертам вида пользователя напрямую на гаджете без отправки данных в облако.
3. Совершенствуются технологии антиспуфинга — теперь телефоны умеют распознавать настоящие живые лица от статичных снимков/масок по мельчайшим движениям кожи.
4. Взаимодействие со интеллектуальными приборами — интеллектуальные часы могут самостоятельно заблокировать смартфон, если пользователь отошёл далеко.
5. Проявляются комбинированные устройства — в частности совмещающие аудио аутентификацию + лицо + отпечаток пальца.

Здесь, которые тренды очень актуальны в данный момент:

1) Уменьшение элементов

Компании стараются уменьшить размер выреза (“чёлки”) под датчики на дисплее за счёт интеграции маленьких ИК-проекторов прямо под поверхность дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработка прямо на аппарате

Для улучшения конфиденциальности всё более вычислений выполняется на месте без пересылки данных во сторонний облачный услугу.

3) Упорядочивание стандартов

Google активно продвигает стандарт BiometricPrompt API, с целью чтобы подобные платформы, вроде Вулкан Платинум, и каждые Android-приложения могли взаимодействовать с всеми формами биометрии единообразно.

Что выбрать на сегодня?

В случае если тебе нужна максимальная сохранность информации, подбирайте топовые устройства с вмонтированным ИК-проектором или же ToF-сенсором глубины.

• iPhone всех последних версий
• Huawei Partner/P ряда
• Mi Professional
• Vivo X серии
• Oppo Find Икс линейки.

Если бюджет невелик – лучше отдавать предпочтение классическим способам защиты (PIN-код/сканер пальца), а возможность “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан Платинум, задействовать только как дополнительную возможность комфорта.

Каким образом повысить удобство функционирования возможности?

Есть несколько хитростей для тех, кто уже использует разблокировку через лицо:

1. Часто обновляйте свою фотографию-шаблон, если значительно меняется внешний вид.
2. Не упускайте из виду чистить объектив передней камеры – загрязнения могут уменьшить четкость!
3. Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так смартфон сам активирует камеру как только вы поднимаете его.
4. При регистрации пытайтесь сохранять голову ровно впереди объектива без значительного наклона головы.
5. Задействуйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает мобильное устройство, если вы отворачиваетесь от экрана.

Возможности эволюции инноваций

В предстоящие годы можно предполагать возникновения полностью бесконтактных способов распознавания человека сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: облик + голос + шаги + движения рук!

Также возможно возникновение новых подходов обеспечения приватности – скажем, переменное корректировка диджитал образца после каждой удачной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из самых интересных техник нашего времени! Она обеспечивает интеракцию со мобильным устройством комфортнее чем раньше, и такие аппы, как Вулкан Казино Платинум, могут значительно улучшить ваш опыт, но нуждается в осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, если вы понимаете, как функционирует эта система внутри, – сможете более осмысленно определять свой следующий устройство!