Как работает распознавание лицевых образов в мобильных устройствах

Зачем мы останавливаемся на разблокирование по фейсу

В прошлые годы идентификация физиономий превратилось в одной из наиболее востребованных функций для открытия умных телефонов. Еще несколько годов ранее основная масса пользователей довольствовались PIN-кодами, паролями или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, например вулкан россия, нам вполне лишь взглянуть на экран — и устройство тут же опознает своего владельца.

Какой аспект превращает эту возможность настолько популярной? Во-первых, это удобно: не нужно удерживать в памяти сложные пароли или отыскивать верный палец в тьме. Также, это оперативно: современные алгоритмы узнают лицо буквально за мгновения ока. В-третьих, это впечатление футуристичности — словно в кинофильмах про вулкан россия разведчиков.

Впрочем за такой кажущейся простотой таится полный мир сложных технологий и инженерных решений. Позвольте нам понять, как конкретно функционирует идентификация по лицу в современных смартфонах, какие применяются методы, насколько они безопасны и что нас ожидает в будущем.

Короткая повествование прогресса техники

Идентификация лиц как технология присутствует уже более пятидесяти лет. Изначальные пробы автоматического исследования лица были осуществлены еще в 1960-х годы в лабораториях США. Тогда вычислительные машины способны были лишь определять контуры головы и вычислять промежутки между очами и ртом на черно-белых изображениях.

Начальные торговые установки стали доступны в 90-х, но они были далеки от совершенства: функционировали медленно и часто ошибались. Только с прогрессом синтетических сетей и таких платформ, как вулкан россии, мощных мобильных чипов определение лиц стало по-настоящему массовым явлением.

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

Основные шаги работы механизма идентификации

Процесс идентификации лица можно ориентировочно поделить на несколько ключевых этапов:

1. Идентификация лиц — устройство выявляет наличие людского образа в изображении.
2. Определение характеристик — механизм исследует особенности лица: конфигурацию зрительных органов, носа, губ, позицию бровей.
3. Построение шаблона — создаётся особенный виртуальный отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение с эталоном — созданный модель сравнивается со сохранённой при учёте биометрической информацией владельца.
5. Принятие определения — если совпадение достаточно значительное, смартфон открывается.

Каждый из данных шагов запрашивает особых алгоритмов и оптимизаций для оперативной работы прямо на устройстве.

Технические элементы: что прячется внутри них

Стандартная селфи камера.

Простейший несложный способ распознавания лица применяет исключительно переднюю камеру смартфона мобильного устройства. Данный метод осуществлён во различных недорогих вариантах Android-девайсов.

Плюсы:

• Не нуждается в внешних сенсоров.
• Быстро функционирует при достаточном освещении.

Слабые стороны:

• Просто обмануть фотографией или видео.
• Неправильно работает при плохом свете или необычных ракурсах.

ИК камера и точечный проектор

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

Каким образом это действует:

• Точечный проекционный прибор отображает на облик пользователя невидимую сетку из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID применяет около 30 000 пятен).
• ИК камера записывает искривление этой решетки по поверхности физиономии.
• Создаётся трехмерная глубинная карта глубины, которая почти что неосуществима для фальсификации типичной фотографией или маскировкой.

Достоинства

• Надёжная работа даже в полной темноте.
• Высокая устойчивость к подделкам.
• Точность идентификации свыше 99%.

Дополнительные датчики

В отдельных устройствах используются также дополнительные сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют время движения луча до объекта и обратно; Цветные-датчики глубины; специальные световые измерители расстояния для формирования более точной 3D-модели лица.

Эти инновации используются в основном во передовых устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Программные алгоритмы: искуственный интеллект на действии

Нынешние системы идентификации лиц неосуществимы при отсутствии эксплуатации ИИ и машинного обучения. Именно вследствие таким инновациям, как вулкан россии, гаджет способно идентифицировать владельца даже при метаморфозах облика: новая укладка, растительность на лице, линзы или макияж не становятся барьером для открытия.

Детектирование лица

В начальном этапе программа должна оперативно распознать ликовое изображение в пределах всего снимка с камеры. Для этого задействуются каскадные классификаторы Хаара или более современные конволюционные нейронные сети (CNN), которые "обучены" находить человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN способен распознавать физиономию даже при частичном перекрытии (например, шарфом или рукой).

Идентификация основных моментов

После обнаружения лица устройство, такая как вулкан россии, определяет расположение главных точек: кончики глаз, конец носа, границы губ и так далее. Как правило применяется от 68 до 128 ключевых точек на лицевой поверхности.

Это действие требуется для выравнивания изображения: если пользователь держит телефон под наклоненным, или склонил головку, программа "выпрямляет" картинку до нормального состояния для последующего изучения.

Построение биометрического идентификатора модели

Далее искусственная сеть строит сжатое числовое представление ("эмбеддинг") облика пользователя — своеобразный цифровой "отпечаток" внешности длиной от 128 до 512 флоатов.

Данный шаблон крайне сложно имитировать: он не удерживает непосредственно изображение юзера, а лишь уникальные особенности его внешности, что делает его совершенным для таких площадок, как vulkan russia.

Сопоставление и принятие выбора

В случае, когда человек хочет открыть телефон глазами, система осуществляет все указанные описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает определённый границу (обычно больше 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, доступен; если нет — доступ запрещается.

Привыкание к трансформациям облика

Интересная особенность нынешних систем — возможность самообучения. Если ты регулярно доступаете к смартфон с свежей стрижкой или очками, система постепенно освежает базовый образец вашего лица для увеличения точности действия без снижения уровня безопасности.

Защита биометрических данных данных.

Большинство клиенты боятся держать свои био-идентификационные данные на мобильном устройстве из-за риска утечки информации или хакерской атаки. Определенные организации, например vulkan russia, предлагают методы для улучшения защиты данных клиентов.

• Локальное хранение: Основная часть устройств сохраняет биометричные модели лишь в пределах защищенного процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не покидают аппарат и недоступны включая производителю.

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

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

Необходимо отметить важную подробность: в случае, если кто-либо достанет физический доступ к вашему телефону (например, пока вы спите), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие производители осуществляют защиту от автоматического разблокирования — например, просят открыть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют существуют типы определения лиц?

Сегодня можно выделить выделить три ключевых способа к осуществлению этой функции:

Программируемое 2D распознавание

Эксплуатируется только фронтальная камера без экстра датчиков глубины. Такой подход наблюдается чаще всего в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: простота реализации; минимальная цена; скоростная работа при хорошем свете.
Минусы: просто ввести в заблуждение снимком; нестабильная деятельность ночью; слабая безопасность.

Оборудование для трёхмерное оцифровка

Использует инфракрасную видеокамеру + проектор пикселей + датчики глубины (Face ID у Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Преимущества: значительная достоверность; не получится подделать изображение/видеозапись; устойчивая деятельность при любом освещении.
Минусы: увеличение цены устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана ("чёлка")

Смешанные способы с ИИ-дополнением

Задействуют комбинацию программных методов + техническую обработку + последующую обработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам ("anti-spoofing"). Например, подобные товары, например вулкан россии и Google Pixel Face Unlock современных версий, объединяют фронтальную камеру c инфракрасным сенсором движения Soli Radar для защиты от подделок жестами/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Иллюстрации эксплуатации разных техник

• iPhone серии X/11/12/13/14 используют только техническое трёхмерное сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз предложил подобие Face ID в числе Android.
• Samsung Galaxy S10 модель/S20 обеспечивают как программное обеспечение плоское определение по фото фронтальной камерой, так и сенсор глазного ириса.
• Huawei Mate20 Pro применяет комплекс из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-датчик

Трудности безопасности и ложные тревоги

Несмотря на впечатляющий развитие инноваций за прошедшие лет, идеальных системы пока не наблюдается:

1. Шанс обмана: Бюджетные мобильники просто доступны высококачественной фотографией пользователя или видео с дисплея иного гаджета.
2. Идентичные близняшки: Даже самые идеальные системы могут ошибиться между монозиготными близнецами либо родственниками с очень похожей внешностью.
3. Трансформации облика: Стремительное похудение/набор веса, косметические процедуры или повреждения в некоторых случаях требуют повторной регистрации биометрии.
4. Условия съёмки: Интенсивная засветка солнцем либо плотная тень могут понизить аккуратность определения признаков.

Вот некоторые подсказок по надёжному использованию:

• Для важных операций всегда используйте двухфакторную аутентификацию;
• Не запускайте функцию "Разблокировка по лицу" на недорогих моделях без ИК-сенсоров;
• Регулярно апгрейдите прошивку смартфона для защиты от актуальных атак;
• Включайте функцию "Требовать раскрытых глаз" везде, где она имеется.

В каких местах также используется технологии кроме мобильных телефонов?

Несмотря на то, что тема этой статьи касается конкретно смартфонам и планшетам, необходимо сказать о альтернативных областях использования технологии:

• Управление прохода в деловых центрах и многоквартирных зданиях;
• Платёжные устройства финансовых учреждений ("Face Pay");
• Цифровые паспорта нового поколения;
• Комплексы видеоконтроля городских служб;
• Автоматизация регистрации посещаемости школ/институтов;
• Авторизация участников компьютеров/ноутбуков.

Например: В городском метро уже тестируется система оплаты проезда по лицу ("Face Pay") — нужно лишь пройти через барьер без карты или телефона! Аналогичные проекты реализуются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Каким образом меняется технология в нынешнее время?

Каждый год появляются свежие мысли для улучшения качества работы систем распознавания лиц:

1. Увеличивается чёткость сенсоров — чем больше деталей фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше вероятность неточности;
2. Совершенствуются искусственные интеллекты — передовые архитектуры вида MobileNetV3 обеспечивают возможность скоростно адаптироваться к свежим характеристикам вида пользователя напрямую на гаджете без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Совершенствуются способы антиспуфинга — теперь телефоны способны распознавать реальные живые лица от фиксированных фотографий/масок по микроскопическим микродвижениям.
4. Интеграция со умными устройствами — смарт-часы могут самостоятельно заблокировать смартфон, если владелец отошёл далеко.
5. Возникают гибридные системы — в частности совмещающие речевую идентификацию + облик + дактилоскопический след.

Здесь, какие тенденции очень популярны в данный момент:

1) Уменьшение деталей

Изготовители стараются сократить габариты отверстия ("чёлки") для сенсоры на экране за счёт интеграции компактных ИК-проекторов прямо под поверхность дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Переработка прямо на девайсе

Для улучшения личной безопасности всё более вычислений осуществляется локально без пересылки информации во дополнительный облачный сервис.

3) Унификация норм

Google интенсивно продвигает стандарт BiometricPrompt API, с целью чтобы аналогичные системы, например как вулкан россия, и любые Android-программы были совместимы с различными типами биометрии унифицированно.

Что решить на сегодня?

Когда вам важна наивысшая безопасность информации, остановите выбор на передовые устройства со встроенным ИК-проектором либо ToF-датчиком глубины.

• iPhone каждого новейших версий
• Huawei Partner/P ряда
• Mi Professional
• Vivo X линейки
• Oppo Найти X серий.

Если бюджет скромен – лучше выбирать традиционным методам защиты (PIN-код/сканер отпечатка), а возможность "разблокировка по лицу", такую как в вулкан россия, задействовать только как дополнительную опцию комфорта.

Каким способом улучшить комфорт работы опции?

Есть пара хитростей для пользователей, кто уже применяет разблокировку по лицу:

1. Регулярно обновляйте свою фото-шаблон, если значительно меняется облик.
2. Не пренебрегайте очищать линзу передней камеры – загрязнения могут понизить точность!
3. Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего мобильник сам включает камеру когда вы поднимаете его.
4. Во время записи постарайтесь сохранять голову неподвижно впереди видеоустройства исключая значительного наклона головы.
5. Задействуйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она блокирует телефон, если вы отворачиваетесь от экрана.

Будущее прогресса технологии

В предстоящие времена можно предвкушать развития полностью бесконтактных способов идентификации индивидуума сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: облик + речь + походка + жесты рук!

Также вероятно развитие новых подходов защиты приватности – к примеру, переменное корректировка диджитал паттерна после каждой успешной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – единственная из наиболее увлекательных инноваций нашего времени! Она делает общение со мобильным устройством комфортнее чем раньше, и такие аппы, как vulkan russia, могут в разы повысить ваш опыт, но запрашивает осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, раз вы знаете, как устроена эта технология внутри, – будете в состоянии осознаннее выбирать свой будущий гаджет!