Как функционирует идентификация лиц в смартфонах

Почему мы останавливаемся на разблокирование по лицевому распознаванию

В недавние времена распознавание лиц является одной из наиболее востребованных возможностей для открытия мобильных телефонов. Еще несколько годов ранее основная масса пользователей обходились пин-кодами, паролями или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, например Вулкан Платинум, нам вполне просто взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Какой аспект делает эту функцию настолько популярной? Для начала, это удобно: не нужно запоминать трудные пароли или искать верный палец в темноте. Также, это оперативно: современные алгоритмы идентифицируют лицо фактически за мгновение. В-третьем пункте, это чувство будущего — словно в фильмах про вулкан платинум зеркало разведчиков.

Однако за этой на первый взгляд несложностью скрывается полный универсум трудных техник и инженерных разработок. Позвольте нам понять, как точно работает фейсканирование в новейших гаджетах, какие применяются технологии, насколько они безопасны и что нас ждёт впереди.

Краткая история прогресса техники

Идентификация лиц как техника имеется уже более пятидесяти годов. Изначальные эксперименты автоматизированного исследования облика были осуществлены еще в 1960-х годы в лабораториях США. Тогда ЭВМ могли лишь обозначать силуэты черепа и измерять расстояния между зрачками и ртом на ахроматических снимках.

Первые торговые установки появились в 90-х, но они были далеки от совершенства: работали медленно и нередко ошибались. Только с эволюцией синтетических сетей и таких платформ, как Vulkan Platinum, высокопроизводительных мобильных микросхем идентификация лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с достоверным трёхмерным идентификацией лица. За этим последовали Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие стали интегрировать собственные решения.

Основные стадии действия устройства определения

Процесс распознавания лица можно условно поделить на несколько ключевых этапов:

1. Идентификация лиц — камера выявляет наличие человеческого образа в изображении.
2. Извлечение особенностей — механизм исследует черты физиономии: очертания зрительных органов, носа, уст, положение бровей.
3. Построение шаблона — создаётся уникальный электронный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
4. Сравнение со образцом — полученный образец сравнивается с зафиксированной при внесении биометрической сведениями владельца.
5. Принятие выбора — если сходство достаточно высокое, смартфон деблокируется.

Всякий из этих этапов требует индивидуальных методов и оптимизаций для быстрой работы непосредственно на девайсе.

Железные компоненты: что находится в их недрах

Обычная фронтальная камера.

Наиболее простой метод определения физиономии задействует только лицевую камеру смартфона. Подобный способ осуществлён во многочисленных доступных моделях Android-девайсов.

Достоинства:

• Не нуждается в требует внешних датчиков.
• Шустро действует при качественном свете.

Минусы:

• Просто ввести в заблуждение фотографией или видеозаписью.
• Неправильно работает при низком освещённости или необычных углах обзора.

ИК фотокамера и точечный проекционный аппарат

Более продвинутые системы, такие как Vulkan Platinum, используют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта методика составляет базу Face ID от Apple.

Как это действует:

• Точечный проекционный прибор показывает на лицо использующего невидимую сетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID задействует около 30 000 точек).
• Инфракрасная устройство регистрирует изменение формы данной решетки по плоскости лица.
• Создаётся 3D карта глубины, что почти что неподвластна для фальсификации обычной фотографией или маской.

Плюсы

• Надёжная работа даже в полной тьме.
• Большая устойчивость к фальсификациям.
• Точность определения свыше 99%.

Дополнительные сенсорные устройства

В определённых девайсах применяются также вспомогательные сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют время движения света до цели и обратно; Трехцветные-датчики дальности; специальные лазерные измерители расстояния для построения более точной 3D-модели физиономии.

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

Компьютерные методы: искусственный ум в работе

Нынешние устройства распознавания физиономий немыслимы в отсутствие использования artificial intelligence и machine learning. Именно из-за таким разработкам, как Vulkan Platinum, аппарат способно идентифицировать пользователя даже при метаморфозах внешности: новая причёска, растительность на лице, линзы или макияж не становятся барьером для разблокировки.

Обнаружение лица

При начальном этапе алгоритм необходимо быстро обнаружить лицо внутри всего снимка с камеры. Для этой задачи применяются каскадные классификаторы Хаара или более новейшие сверточные нейронные сети (CNN), которые “обучены” распознавать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN способен обнаруживать облик даже с частичном закрытии (например, шарфом или ладонью).

Определение важных точек

После обнаружения лица система, такая как Vulkan Platinum, вычисляет расположение ключевых точек: края глаз, кончик носа, границы губ и так далее. Как правило используется от 68 до 128 ключевых меток на лице.

Данное требуется для стабилизации изображения: если пользователь находится с смартфон под наклоном, или склонил голову, программа корректирует изображение до обычного угла для последующего изучения.

Построение биометрии модели

Далее нейросеть строит компактное цифровое представление (“эмбеддинг”) лица пользователя — своеобразный цифровой “отпечаток” лица длиной от 128 до 512 чисел с плавающей запятой.

Этот формат весьма сложно сфальсифицировать: он не сохраняет само картинку пользователя, а лишь особенные черты его внешности, что делает его идеальным для таких платформ, как Вулкан Казино Платинум.

Сопоставление и осуществление выбора

Если человек намеревается разлочить смартфон взором, программа повторяет все описанные шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Адаптация к метаморфозам облика

Занимательная характеристика современных систем — способность самостоятельного обучения. Если вы постоянно разблокируете телефон с новой прической или очками, система постепенно модернизирует базовый шаблон вашего облика для улучшения точности функционирования без снижения уровня безопасности.

Охрана биометрии информации.

Многие клиенты опасаются держать свои био-идентификационные данные на телефоне из-за вероятности утечки информации или хакерской атаки. Иные фирмы, вроде Вулкан Казино Платинум, предоставляют решения для увеличения безопасности информации клиентов.

• Локальное сохранение: Основная часть аппаратов записывает биометрические образцы лишь внутри защищенного микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не покидают гаджет и не доступны даже производителю.

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

• Изоляция приложений: Приложения третьих девелоперов не имеют прямого доступа к биометрическим данным; они могут лишь запрашивать подтверждение подтверждения личности через системный API.

Необходимо отметить существенную деталь: в случае, если кто-либо сможет получить физический доступ к вашему телефону (например, пока вы спите), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество производители внедряют защиту от автоматического разблокирования — в частности, требуют открыть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют имеются типы идентификации лиц на изображениях?

Сегодня можно выделить выделить три основных способа к выполнению этой операции:

Программируемое плоское распознавание

Эксплуатируется только фронтальная камера без вспомогательных сенсоров глубины. Такой метод используется чаще всего в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: несложность осуществления; умеренная затраты; скоростная работа при качественном освещении.
Минусы: легко одурачить фотографией; ненадежная функционирование ночью; низкая охрана.

Оборудование для 3D сканирование

Задействует инфракрасную видеокамеру + проекционный модуль пикселей + сенсоры дистанции (Face ID у Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Плюсы: высокая надёжность; не получится обмануть изображение/видеозапись; стабильная функционирование при любом освещении.
Минусы: удорожание устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные методы с ИИ-дополнением

Используют комбинацию программируемых методов + аппаратную обработку + дополнительную обработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие изделия, например Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock последних версий, объединяют фронталку c ИК датчиком движения Soli Radar для предотвращения от фальсификаций жестами/масками/видеодисплеями посторонних устройств.

Образцы эксплуатации разнообразных техник

• iPhone линейки X/11/12/13/14 задействуют только аппаратное трёхмерное 3D-сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз представил аналог Face ID в ряду Android.
• Samsung Galaxy S10 модель/S20 имеют как софтверное двухмерное распознавание по снимку фронтальной камерой, так и сканер глазного ириса.
• Huawei Mate20 Pro применяет систему из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Вопросы безопасности и ошибочные сигналы

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

1. Вероятность подвоха: Недорогие телефоны без труда открываются высококачественной фотографией владельца или же видео с экрана другого устройства.
2. Идентичные близняшки: Даже самые совершенные механизмы могут спутать между однояйцевыми близнецами либо родственниками с очень похожей внешностью.
3. Изменения облика: Стремительное утрата веса/набор веса, хирургические вмешательства или повреждения порой необходимы для перерегистрации биометрии.
4. Условия съёмки: Интенсивная подсветка солнцем или глубокая тень могут снизить точность идентификации признаков.

Вот несколько подсказок по надёжному применению:

• Для критически важных операций всегда внедряйте дополнительную аутентификацию;
• Не запускайте возможность “Разблокировка по лицу” на бюджетных моделях без ИК-сенсоров;
• Регулярно апгрейдите ПО мобильного устройства для обеспечения безопасности от новых видов атак;
• Включайте настройку “Требовать раскрытых глаз” везде, где она доступна.

Где дополнительно применяется технологии за исключением смартфонов?

Несмотря на то, что предмет этой статьи посвящена в частности портативным гаджетам, необходимо сказать о прочих направлениях внедрения технологии:

• Мониторинг прохода в рабочих помещениях и многоквартирных зданиях;
• Платёжные терминалы финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Виртуальные идентификационные документы последнего образца;
• Системы видеоконтроля муниципальных подразделений;
• Механизация учёта присутствия школ/вузов;
• Вход юзеров ПК/ноутбуков.

Например: В московском метро уже тестируется система оплаты проезда по лицу (“Face Pay”) — хватит пройти через барьер без карты или мобильника! Похожие инициативы развиваются в Китае (Шэньчжэнь), Республике Корея и некоторых европейских странах.

Каким способом изменяется технический процесс сегодня?

Всякий год появляются новые мысли для улучшения стандарта функционирования систем идентификации лиц:

1. Увеличивается разрешение датчиков — чем больше элементов фиксируется видеокамерой/глубинными сенсорами, тем меньше вероятность неточности;
2. Совершенствуются искусственные интеллекты — передовые конструкции вида MobileNetV3 позволяют быстро обучаться дополнительным чертам облика обладателя непосредственно на девайсе без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Совершенствуются методы антиспуфинга — теперь мобильные устройства способны распознавать реальные движущиеся лица от фиксированных фото/маскировок по незаметным движениям кожи.
4. Интеграция со умными устройствами — интеллектуальные часы могут автоматически блокировать телефон, если пользователь удалился на значительное расстояние.
5. Возникают комбинированные системы — например комбинирующие голосовую идентификацию + облик + пальцевой отпечаток.

Здесь, которые тренды особенно актуальны сейчас:

1) Сокращение компонентов

Производители пытаются минимизировать величину отверстия (“чёлки”) под датчики на дисплее за счёт встраивания маленьких ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Переработка прямо на устройстве

Для увеличения личной безопасности всё больше вычислений происходит локально без передачи данных во сторонний облачный услугу.

3) Упорядочивание норм

Гугл энергично продвигает стандарт BiometricPrompt API, для того чтобы аналогичные площадки, например как Вулкан Платинум, и все Android-приложения были совместимы с всеми формами биометрии стандартизированно.

Какое подобрать на сегодня?

В случае если тебе нужна наивысшая безопасность информации, остановите выбор на передовые устройства со встроенным ИК-проектором или же ToF-датчиком глубины.

• iPhone всех последних версий
• Huawei Companion/Series P серии
• Mi Expert
• Vivo X модели
• Oppo Find Х серий.

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

Каким способом повысить практичность использования опции?

Есть пара лайфхаков для пользователей, кто уже применяет функцию распознавания лица:

1. Регулярно обновляйте свою фотографию-шаблон, если сильно трансформируется облик.
2. Не забывайте очищать линзу передней камеры – загрязнения могут уменьшить четкость!
3. Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате смартфон сам запускает камеру как только вы берёте его в руки.
4. В процессе регистрации постарайтесь сохранять лицо неподвижно перед видеоустройства без резкого наклона головы.
5. Используйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает мобильное устройство, если вы отвели взгляд от экрана.

Возможности прогресса инноваций

В ближайшие годы можно ожидать возникновения полностью бесконтактных способов распознавания человека сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: облик + речь + шаги + жесты рук!

Также возможно возникновение современных подходов защиты личной информации – например, изменяющееся корректировка цифрового образца после каждой результативной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из самых захватывающих технологий нашего периода! Она обеспечивает общение со мобильным устройством проще чем когда-либо прежде, и такие приложения, как Вулкан Казино Платинум, могут существенно улучшить ваш пользовательский опыт, но требует осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, когда вы знаете, как работает эта методика внутри, – сумеете более осмысленно подбирать свой следующий гаджет!