Каким образом работает определение лиц в смартфонах

Почему мы останавливаемся на разлочивание по лицевому распознаванию

В прошлые времена идентификация лиц превратилось в одной из самых популярных функций для открытия мобильных телефонов. Всего некоторые лет ранее основная масса юзеров обходились PIN-кодами, паролями или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением подобных технологий, например Вулкан Платинум, нам достаточно лишь взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Какой аспект делает эту особенность очень нужной? Для начала, это удобно: не нужно удерживать в памяти замысловатые пароли или находить верный палец в мраке. Кроме того, это быстро: современные программы идентифицируют лицо практически за доли секунды. В-третьих, это впечатление будущего — словно в фильмах про Вулкан казино шпионов.

Тем не менее за этой видимой простотой прячется полный универсум комплексных технологий и инженерных концепций. Попробуем разобраться, как конкретно работает фейсканирование в современных мобильных телефонах, какие применяются способы, насколько они защищены и что нас предстоит.

Краткая повествование прогресса инноваций

Идентификация лиц как методика существует уже более 50 лет. Первые пробы автоматизированного исследования лиц были осуществлены еще в 1960-х годы в исследовательских центрах США. Тогда компьютеры способны были лишь обозначать очертания черепа и вычислять дистанции между зрачками и ртом на черно-белых снимках.

Начальные бизнес системы появились в 1990-х годах, но они были далеки от совершенства: функционировали медленно и часто давали сбои. Только с эволюцией искусственных сетей и таких платформ, как Vulkan Platinum, сильных мобильных микросхем распознавание лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с достоверным трёхмерным распознаванием лица. За ним пошли Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие стали интегрировать свои решения.

Ключевые шаги действия системы идентификации

Процесс распознавания лица можно примерно разделить на несколько основных этапов:

1. Обнаружение лиц — устройство распознает существование гуманного образа в кадре.
2. Извлечение признаков — алгоритм исследует особенности облика: форму зрительных органов, носа, губ, расположение бровей.
3. Построение структуры — создаётся особенный виртуальный отпечаток (faceprint) на основе выделенных признаков.
4. Сравнение с образцом — полученный образец сопоставляется со сохранённой при регистрации биометрической информацией владельца.
5. Принятие решения — если соответствие достаточно высокое, смартфон разблокируется.

Любой из этих этапов запрашивает специальных методов и усовершенствований для оперативной работы непосредственно на девайсе.

Технические составляющие: что находится в их недрах

Обычная селфи камера.

Простейший простой метод идентификации облика задействует только переднюю камеру смартфона мобильного устройства. Данный способ внедрён во различных бюджетных вариантах Android-девайсов.

Преимущества:

• Необходимо потребляет дополнительных сенсоров.
• Оперативно работает при хорошем освещении.

Недостатки:

• Просто одурачить изображением или видеозаписью.
• Неудачно действует при низком освещённости или непривычных точках зрения.

ИК фотокамера и точечный 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.

Каким способом это действует:

• Точечный проектор показывает на физиономию использующего невидимую решетку из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID использует около 30 000 меток).
• Инфракрасная камера записывает искривление этой сетки по плоскости лица.
• Получается трёхмерная глубинная карта глубины, которая практически неосуществима для имитации типичной фото или маской.

Преимущества

• Надёжная функционирование даже в полной тьме.
• Большая сопротивляемость к имитациям.
• Точность идентификации свыше 99%.

Дополнительные сенсоры

В некоторых девайсах задействуются также дополнительные сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые определяют время прохождения света до объекта и обратно; Цветные-датчики дальности; специальные оптические дальномеры для формирования более точной 3D-модели лица.

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

Софтверные процедуры: искуственный ум в исполнении

Нынешние механизмы опознания лиц невозможны в отсутствие эксплуатации искусственного интеллекта и машинного обучения. Именно вследствие таким технологиям, как Vulkan Platinum, гаджет может узнавать юзера даже при изменениях облика: новая укладка, щетина, линзы или макияж не становятся барьером для открытия.

Обнаружение физиономии

В первом этапе алгоритм необходимо мгновенно найти лицо в пределах всего кадра с камеры. Для этой задачи используются последовательные классификаторы Хаара или более продвинутые конволюционные нейронные сети (CNN), которые подготовлены распознавать лица людей среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN в состоянии распознавать облик даже в случае частичном перекрытии (например, платком или рукой).

Определение основных точек

После распознавания лица устройство, такая как Vulkan Platinum, устанавливает местоположение основных точек: уголки глаз, кончик носа, контуры губ и так далее. Обычно задействуется от 68 до 128 главных меток на лицевой области.

Это необходимо для выравнивания изображения: если пользователь находится с телефон под наклоном, или наклонил головку, программа корректирует картинку до стандартного положения для последующего изучения.

Создание биометрического шаблона

Далее нейронная сеть строит сжатое цифровое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой образ внешности длиной от 128 до 512 вещественных чисел.

Этот формат очень затруднительно подделать: он не сохраняет непосредственно картинку пользователя, а лишь уникальные характеристики его вида, что делает его идеальным для таких площадок, как Вулкан Казино Платинум.

Сопоставление и вынесение заключения

В случае, когда человек желает разлочить мобильник взором, программа повторяет все описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если схожесть превышает установленный уровень (обычно превышает 99%), телефон, как и платформа Вулкан Казино Платинум, разблокируется; если нет — доступ запрещается.

Приспособление к изменениям облика

Занимательная особенность актуальных систем — способность самообучения. Если вы часто доступаете к телефон с обновленной прической или очками, алгоритм постепенно освежает основной шаблон вашего внешности для увеличения точности действия без ухудшения безопасности.

Безопасность биометрических данных данных.

Множество пользователи беспокоятся хранить свои биометрические идентификационные данные на смартфоне из-за вероятности потери данных или взлома устройства. Определенные организации, такие как Вулкан Казино Платинум, предоставляют решения для улучшения безопасности сведений клиентов.

• Локальное сохранение: Большинство девайсов записывает биометричные модели только внутри защищенного чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не выходят из аппарат и не доступны в том числе производителю.

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

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

Следует отметить значимую деталь: если кто-то сможет получить физический доступ к вашему телефону (к примеру, пока вы спите), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие компании реализуют защиту от “слепого” разблокирования — в частности, требуют открыть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие бывают типы идентификации лиц?

Сегодня можно выделить различить три главных метода к реализации этой задачи:

Программируемое двухмерное распознавание

Эксплуатируется только фронтальная видеокамера без вспомогательных датчиков дистанции. Этот способ используется обычно в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: легкость реализации; умеренная цена; быстрая работа при хорошем освещении.
Минусы: легко обмануть фотографией; ненадежная функционирование ночью; слабая защищенность.

Аппаратное объёмное сканирование

Применяет инфракрасную видеокамеру + проекционный модуль пикселей + датчики дистанции (Face ID у Apple; аналогичные решения у Huawei Mate).
Плюсы: значительная достоверность; не получится исказить фото/видео; стабильная функционирование в любых условиях освещения.
Минусы: удорожание устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Гибридные подходы с дополнением ИИ

Используют комбинацию софтверных методов + аппаратно-техническую обработку + дополнительную обработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные изделия, как Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock последних поколений, комбинируют фронтальную камеру c ИК датчиком движения Soli Radar для защиты от подделок жестами/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Примеры эксплуатации различных техник

• iPhone модели X/11/12/13/14 используют только аппаратное трёхмерное сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые предложил аналог Face ID в числе Android.
• Samsung Galaxy S10 версия/S20 поддерживают как программное обеспечение плоское распознавание по изображению селфи-камерой, так и сканер глазного ириса.
• Huawei Mate20 Pro применяет комплекс из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-датчик

Вопросы охраны и неверные тревоги

Несмотря на замечательный успехи инноваций за недавние лет, совершенных механизмов пока не имеется:

1. Шанс мошенничества: Бюджетные мобильники без труда доступны высококачественной изображением владельца или видео с дисплея иного гаджета.
2. Идентичные близняшки: Даже самые идеальные устройства могут ошибиться между однояйцевыми близнецами либо родичами с очень похожей внешностью.
3. Метаморфозы внешнего вида: Стремительное утрата веса/увеличение массы тела, хирургические вмешательства или повреждения порой требуют повторной регистрации биометрии.
4. Условия записи: Яркая освещённость солнцем или интенсивная темнота могут снизить точность распознавания признаков.

Вот пара рекомендаций по защищённому использованию:

• Для значимых операций всегда применяйте дополнительную аутентификацию;
• Не активируйте опцию “Разблокировка по лицу” на недорогих аппаратах без ИК-сенсоров;
• Регулярно обновляйте прошивку смартфона для обеспечения безопасности от современных угроз;
• Включайте опцию “Требовать распахнутых глаз” везде, где она доступна.

В каких областях ещё применяется технология помимо смартфонов?

Несмотря на то, что предмет данной статьи сосредоточена на в частности портативным гаджетам, необходимо сказать о альтернативных областях использования технологии:

• Контроль прохода в офисах и жилых домах;
• Платёжные терминалы банков (“Face Pay”);
• Виртуальные идентификационные документы последнего типа;
• Системы видеоконтроля муниципальных сервисов;
• Автоматизация отслеживания посещаемости образовательных учреждений/вузов;
• Аутентификация участников ПК/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже тестируется система платежа проезда по фейсу (“Face Pay”) — достаточно пройти через барьер без пластика или мобильника! Похожие инициативы реализуются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Как меняется техпроцесс в наше время?

Любой год появляются новые концепции для усовершенствования качества функционирования систем распознавания лиц:

1. Увеличивается детализация сенсоров — чем больше деталей фиксируется камерой/глубинными сенсорами, тем меньше вероятность неточности;
2. Совершенствуются искусственные интеллекты — передовые структуры типа MobileNetV3 дают возможность быстро адаптироваться к свежим характеристикам внешности владельца непосредственно на девайсе без отправки данных в облако.
3. Улучшаются технологии антиспуфинга — теперь мобильные устройства способны различать реальные живые облики от статичных фотографий/маскировок по мельчайшим микродвижениям.
4. Взаимодействие со интеллектуальными приборами — умные часы могут самостоятельно закрыть доступ к телефон, если владелец ушёл далеко.
5. Появляются комбинированные системы — к примеру комбинирующие голосовую идентификацию + облик + дактилоскопический след.

Итак, те тренды очень востребованы сейчас:

1) Миниатюризация элементов

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

2) Обработывание прямо на устройстве

Для повышения личной безопасности всё больше вычислений осуществляется локально без передачи данных во внешний облачный сервис.

3) Стандартизация регламентов

Гугл интенсивно пропагандирует стандарт BiometricPrompt API, для того чтобы такие площадки, как Вулкан Платинум, и каждые Android-аппы были совместимы с любыми видами биометрии стандартизированно.

Что решить на сегодня?

Если вам нужна наивысшая защита информации, остановите выбор на передовые модели с интегрированным ИК-проектором либо ToF-датчиком глубины.

• iPhone всех существующих новейших поколений
• Huawei Partner/P Series ряда
• Mix Professional
• Vivo X серии
• Оппо Find X линейки.

Если финансы невелик – лучше выбирать традиционным способам безопасности (PIN-код/сканер пальца), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан Платинум, применять только как дополнительную опцию удобства.

Каким способом повысить удобство работы опции?

Есть некоторые лайфхаков для тех, кто уже применяет разблокировку по лицу:

1. Периодически обновляйте свою фото-шаблон, если кардинально трансформируется облик.
2. Не пренебрегайте очищать объектив фронтальной камеры – пятна могут понизить четкость!
3. Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так мобильник сам включает фотоаппарат если вы поднимаете его.
4. Во время записи постарайтесь удерживать голову неподвижно перед видеоустройства не допуская сильного наклона головы.
5. Применяйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает телефон, если вы отвели взгляд от дисплея.

Будущее развития технологии

В скоро наступающие годы можно предполагать появления полностью безконтактных способов опознания индивидуума сразу по нескольким биометрическим характеристикам параметрам одновременно: облик + речь + шаги + манипуляции руками!

Также вероятно возникновение новых методов обеспечения личной информации – например, изменяющееся корректировка цифрового образца после каждой успешной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – единственная из очень увлекательных техник нашего периода! Она обеспечивает интеракцию со мобильным устройством комфортнее чем до этого, и такие аппы, как Вулкан Казино Платинум, могут в разы повысить ваш юзерский опыт, но нуждается в осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, если вы знаете, как работает эта методика изнутри, – сможете осознаннее выбирать свой следующий гаджет!