Каким способом функционирует определение лиц в смартфонах

Для чего мы останавливаемся на разблокировку по лицевому распознаванию

В последние времена распознавание физиономий превратилось в одной из самых популярных возможностей для открытия умных телефонов. Лишь пару годов тому назад основная масса пользователей удовлетворялись пин-кодами, ключами доступа или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением таких технологий, например Вулкан 24, нам достаточно просто взглянуть на экран — и устройство тут же опознает своего владельца.

Что превращает эту конкретную функцию очень нужной? Прежде всего, это комфортно: не нужно запоминать замысловатые пароли или искать правильный палец в мраке. Во-вторых, это быстро: современные программы распознают лицо практически за доли секунды. В-третью очередь, это впечатление футуристичности — будто в кинофильмах про вулкан 24 разведчиков.

Тем не менее за данной на первый взгляд легкостью скрывается весь универсум трудных технологий и инженерных решений. Давайте разобраться, как конкретно действует распознавание лиц в современных смартфонах, какие существуют технологии, насколько они защищены и что нас предстоит.

Сжатая повествование развития технологии

Идентификация лиц как технология существует уже более пятидесяти годов. Первые эксперименты машинного изучения облика были предприняты еще в 1960-х годы в научных учреждениях США. Тогда ЭВМ могли лишь определять силуэты головы и определять расстояния между зрачками и устами на ахроматических фотографиях.

Начальные коммерческие системы появились в девяностых годах, но они были несовершенны: работали медленно и часто давали сбои. Только с развитием нейронных сетей и таких платформ, как Вулкан 24 Казино, мощных мобильных процессоров определение 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 идентификацией лица. За этим последовали Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали внедрять личные разработки.

Главные стадии действия системы идентификации

Процесс определения лица можно примерно сегментировать на несколько ключевых этапов:

Обнаружение лица — камера распознает наличие гуманного лица в снимке.
Определение признаков — система анализирует контуры лица: конфигурацию глаз, обонятельного органа, губ, расположение бровей.
Построение модели — создаётся уникальный электронный отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
Сравнение со эталоном — сформированный шаблон сопоставляется с зафиксированной при внесении биометрической данными владельца.
Принятие решения — если сходство достаточно высокое, смартфон разблокируется.

Всякий из этих шагов нуждается в особых процедур и улучшений для скорой работы прямо на устройстве.

Железные элементы: что находится внутри

Обычная фронтальная камера.

Самый простой способ определения облика задействует только фронтальную камеру мобильного устройства. Такой способ осуществлён во различных бюджетных версиях Android-девайсов.

Плюсы:

Необходимо нуждается в внешних сенсоров.
Быстро работает при достаточном освещении.

Отрицательные стороны:

Легко ввести в заблуждение фотографией или видеозаписью.
Плохо действует при плохом освещении или непривычных углах обзора.

ИК фотокамера и точечный проекционный аппарат

Более совершенные системы, такие как Вулкан 24 Казино, задействуют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Данная методика лежит в основе Face ID от Apple.

Каким способом это действует:

Точечный проектор проецирует на лицо юзера невидимую сетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID задействует около 30 000 пятен).
ИК камера записывает изменение формы этой сетки по поверхности физиономии.
Создаётся трёхмерная карта глубинности, которая практически невозможна для фальсификации стандартной фото или маскировкой.

Плюсы

Надёжная функционирование даже в полной темноте.
Сильная защита к подделкам.
Точность идентификации более 99%.

Дополнительные сенсорные устройства

В отдельных аппаратах применяются также вспомогательные сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют период прохождения света до предмета и обратно; Трехцветные-датчики глубины; специальные лазерные измерители расстояния для создания более точной 3D-модели физиономии.

Эти технологии применяются чаще всего во топовых устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные процедуры: искусственный разум в работе

Текущие механизмы опознания лиц невозможны без использования artificial intelligence и machine learning. Именно из-за таким инновациям, как Вулкан 24 Казино, устройство способно распознавать юзера даже при изменениях внешности: новая укладка, растительность на лице, линзы или макияж не становятся препятствием для открытия.

Детектирование лица

На стартовом этапе алгоритм должна быстро обнаружить образ лица внутри целого изображения камеры. Для этого используются последовательные классификаторы Хаара или более продвинутые конволюционные нейронные сети (CNN), которые подготовлены распознавать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN способен распознавать лицо даже в случае частичном закрытии (например, платком или рукой).

Идентификация основных моментов

После обнаружения лица устройство, такая как Вулкан 24 Казино, вычисляет расположение ключевых точек: кончики глаз, верхушка носа, края губ и так далее. Обычно задействуется от 68 до 128 основных меток на лицевой области.

Это действие необходимо для стабилизации картинки: если человек находится с мобильник под наклоненным, или повернул головку, программа корректирует картинку до обычного угла для дальнейшего анализа.

Создание биометрического образца

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

Этот образец весьма трудно подделать: он не сохраняет само фото юзера, а лишь исключительные черты его внешности, что делает его совершенным для таких систем, как Vulkan24.

Сравнение и осуществление выбора

В случае, когда человек хочет разлочить мобильник глазами, система воспроизводит все указанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает определённый уровень (обычно превышает 99%), телефон, как и платформа Vulkan24, разблокируется; если нет — доступ не предоставляется.

Адаптация к метаморфозам облика

Занимательная особенность нынешних системы — возможность самообучения. Если вы регулярно разблокируете телефон с новой укладкой или очками, алгоритм постепенно модернизирует основной образец вашего лица для повышения точности работы без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрии информации.

Многие клиенты боятся хранить свои биометрические идентификационные данные на смартфоне из-за угрозы утечки данных или взлома устройства. Некоторые компании, такие как Vulkan24, предлагают методы для улучшения сохранности данных пользователей.

Локальное хранение: Преимущественно девайсов сохраняет биометричные модели только внутри защищенного чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они ни разу не не выходят из гаджет и закрыты включая производителю.
Шифрование: Все сведения сберегаются только в зашифрованном виде с использованием актуальных криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция приложений: Программы сторонних девелоперов не обладают прямого возможности доступа к биометрическим; они могут лишь требовать подтверждение подтверждения личности через системный API.

Стоит отметить существенную деталь: в случае, если кто-то сможет получить физический доступ к вашему телефону (например, во время сна), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие компании осуществляют систему защиты от неосознанного разблокирования — к примеру, заставляют раскрыть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие имеются виды идентификации лиц?

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

Программное 2D идентификация

Эксплуатируется только фронтальная видеокамера без дополнительных датчиков глубины. Этот способ используется наиболее часто в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: простота воплощения; умеренная стоимость; скоростная деятельность при хорошем освещении.
Минусы: несложно обмануть фотографией; ненадежная работа ночью; низкая защищенность.

Аппаратное трёхмерное сканирование

Задействует инфракрасную видеокамеру + проекционный модуль точек + сенсоры дистанции (Face ID от Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Достоинства: высокая надёжность; нельзя обмануть фото/видео; устойчивая функционирование в любых условиях освещения.
Минусы: удорожание устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные способы с интеграцией ИИ

Применяют комбинацию программных методов + аппаратно-техническую обработку + дополнительную обработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие продукты, например Вулкан 24 Казино и Google Pixel Face Unlock современных версий, комбинируют фронтальную камеру c инфракрасным датчиком мобильности Soli Radar для защиты от подделок жестами/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Образцы применения различных способов

iPhone серии X/11/12/13/14 используют только техническое трёхмерное 3D-сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые представил эквивалент Face ID в числе Android.
Samsung Galaxy S10 модель/S20 обеспечивают как софтверное 2D распознавание по снимку фронталкой, так и сенсор глазного ириса.
Huawei Mate20 Pro применяет систему из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-датчик

Проблемы охраны и неверные тревоги

Несмотря на поразительный успехи технологий за прошедшие годы, безупречных системы пока не имеется:

Вероятность подвоха: Бюджетные смартфоны просто открываются качественной снимком пользователя или роликом с дисплея иного гаджета.
Идентичные близнецы: Даже самые безупречные механизмы могут перепутать между монозиготными близнецами либо родственниками с очень похожей внешностью.
Метаморфозы внешнего вида: Резкое снижение веса/увеличение массы тела, косметические процедуры либо травмы иногда необходимы для повторной регистрации биометрических данных.
Условия съёмки: Сильная подсветка солнцем или же глубокая тень могут уменьшить верность определения признаков.

Вот несколько подсказок по защищённому эксплуатации:

Для значимых операций всегда используйте дополнительную аутентификацию;
Не активируйте функцию “Разблокировка по лицу” на бюджетных аппаратах без ИК-сенсоров;
Постоянно обновляйте прошивку прошивку телефона для предотвращения угроз от новых видов атак;
Включайте настройку “Требовать открытых глаз” везде, где она имеется.

В каких местах также находится применение технологии кроме смартфонов?

Хотя тема данной работы касается конкретно смартфонам и планшетам, следует отметить альтернативных областях использования технологии:

Управление входа в офисах и резиденциях;
Платёжные аппараты финансовых учреждений (“Face Pay”);
Электронные идентификационные документы современного образца;
Установки видеонаблюдения муниципальных подразделений;
Автоматизирование учёта явки школ/институтов;
Аутентификация пользователей ПК/ноутбуков.

Например: В городском метро уже испытывается система оплаты проезда по фейсу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через барьер без пластика или телефона! Похожие инициативы развиваются в Китае (Шэньчжэнь), Республике Корея и ряде стран Европы.

Как изменяется техпроцесс в нынешнее время?

Всякий год проявляются современные концепции для улучшения уровня работы систем идентификации лиц:

Увеличивается чёткость сенсорных устройств — чем больше информации фиксируется видеокамерой/глубинными сенсорами, тем меньше шанс ошибки;
Улучшаются нейросети — передовые структуры вида MobileNetV3 обеспечивают возможность скоростно осваивать новым особенностям внешности обладателя напрямую на гаджете без пересылки информации в облачное хранилище.
Улучшаются методы антиспуфинга — теперь смартфоны могут распознавать настоящие анимированные лица от статичных фото/маскировок по микроскопическим движениям кожи.
Интеграция со смарт-гаджетами — умные часы могут автоматически закрыть доступ к телефон, если обладатель удалился на значительное расстояние.
Появляются комбинированные механизмы — например совмещающие голосовую аутентификацию + физиономию + отпечаток пальца.

Итак, которые тренды очень популярны в данный момент:

1) Миниатюризация деталей

Изготовители стараются уменьшить размер отверстия (“чёлки”) для сенсоры на экране за счёт встраивания миниатюрных ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработка прямо на устройстве

Для улучшения приватности всё больше обработки данных происходит внутри устройства без передачи информации во внешний облачный сервис.

3) Упорядочивание норм

Google активно пропагандирует норму BiometricPrompt API, с целью чтобы такие площадки, как Вулкан 24, и любые Android-программы могли взаимодействовать с различными типами биометрии стандартизированно.

Какое выбрать на сегодня?

В случае если вам всем нужна наивысшая защита информации, выбирайте передовые устройства с интегрированным ИК-излучателем или же ToF-датчиком глубины.

iPhone всех существующих актуальных поколений
Huawei Partner/P Series ряда
Xiaomi Professional
Vivo X модели
Oppo Обнаружить Х линейки.

Если финансы скромен – лучше отдавать предпочтение традиционным средствам безопасности (PIN-код/сканер отпечатка), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан 24, задействовать только как второстепенную возможность удобства.

Каким способом улучшить удобство работы возможности?

Есть некоторые хитростей для тех, кто уже использует функцию распознавания лица:

Периодически меняйте свою изображение-шаблон, если значительно изменяется облик.
Не забывайте протирать объектив фронтальной камеры – разводы могут уменьшить четкость!
Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего телефон сам активирует фотоаппарат когда вы берёте его в руки.
Во время регистрационного процесса пытайтесь сохранять лицо прямо напротив видеоустройства не допуская сильного наклона головы.
Применяйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает мобильное устройство, если вы отвернулись от дисплея.

Возможности развития техники

В скоро наступающие времена можно предвкушать возникновения полностью безконтактных способов идентификации человека сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: облик + звучание + походка + движения рук!

Также предполагается возникновение современных методов обеспечения личной информации – например, изменяющееся модификация цифрового образца после каждой результативной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из самых увлекательных техник нашего эпохи! Она обеспечивает интеракцию со мобильным устройством комфортнее чем до этого, и такие приложения, как Vulkan24, могут в разы повысить ваш опыт, но нуждается в осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, раз вы понимаете, как устроена эта система в деталях, – будете в состоянии более осмысленно выбирать свой следующий устройство!