Каким образом функционирует распознавание лиц в смартфонах

Почему мы останавливаемся на разблокирование по фейсу

В прошлые времена распознавание лиц является одной из самых распространённых функций для деблокировки мобильных телефонов. Еще несколько лет назад основная масса юзеров обходились пин-кодами, секретными кодами или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, как Вулкан Платинум, нам вполне просто взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Что превращает данную особенность такой востребованной? Во-первых, это практично: не нужно запоминать замысловатые пароли или находить правильный палец в темноте. Во-вторых, это мгновенно: современные программы идентифицируют лицо практически за мгновения ока. В-третью очередь, это ощущение футуризма — словно в кинофильмах про вулкан платинум зеркало агентов.

Впрочем за этой кажущейся легкостью скрывается целый универсум сложных техник и инженерных концепций. Позвольте нам исследовать, как точно функционирует фейсканирование в актуальных смартфонах, какие применяются методы, насколько они безопасны и что нас ожидает в будущем.

Сжатая повествование развития инноваций

Идентификация лиц как технология присутствует уже более 50 лет. Изначальные эксперименты автоматизированного анализа лиц были предприняты еще в 1960-х годах в научных учреждениях США. Тогда компьютеры способны были лишь обозначать силуэты черепа и вычислять промежутки между очами и ртом на монохромных снимках.

Изначальные коммерческие установки возникли в 90-х, но они были далеки от совершенства: функционировали медленно и нередко ошибались. Только с эволюцией синтетических сетей и таких систем, как Vulkan Platinum, мощных мобильных микросхем распознавание лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с достоверным трёхмерным распознаванием лица. За этим последовали Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали внедрять собственные решения.

Ключевые стадии работы механизма идентификации

Процесс определения лица можно примерно разделить на несколько ключевых этапов:

1. Обнаружение лица — аппарат определяет присутствие гуманного лица в изображении.
2. Выделение особенностей — система изучает черты лица: форму глаз, обонятельного органа, уст, расположение бровей.
3. Построение структуры — создаётся неповторимый электронный отпечаток (faceprint) на основе выделенных признаков.
4. Сравнение с стандартом — полученный модель сравнивается с сохранённой при регистрации биометрической данными владельца.
5. Принятие определения — если сходство достаточно существенное, смартфон открывается.

Любой из этих этапов требует особых процедур и улучшений для оперативной работы прямо на устройстве.

Железные компоненты: что находится в их недрах

Типичная селфи камера.

Наиболее легкий вариант распознавания лица задействует только фронтальную видеокамеру смартфона. Данный способ осуществлён во различных доступных версиях Android-устройств.

Сильные стороны:

• Не потребляет дополнительные датчиков.
• Оперативно функционирует при хорошем свете.

Недостатки:

• Легко одурачить снимком или роликом.
• Плохо функционирует при плохом освещённости или необычных ракурсах.

ИК камера и точечный проекционный аппарат

Более совершенные системы, такие как Vulkan Platinum, задействуют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта технология лежит в основе Face ID от Apple.

Как это действует:

• Точечный проектор отображает на лицо использующего невидимую структуру из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID задействует около 30 000 пятен).
• ИК камера записывает искривление этой решетки по плоскости лица.
• Формируется трехмерная карта глубины, что почти что неосуществима для имитации типичной снимком или маской.

Достоинства

• Надёжная деятельность даже в полной темноте.
• Большая устойчивость к имитациям.
• Точность распознавания более 99%.

Добавочные датчики

В определённых аппаратах применяются также экстра сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые определяют период прохождения света до объекта и обратно; Цветные-датчики глубины; специальные лазерные лидары для создания более аккуратной 3D-модели физиономии.

Эти технологии используются в основном во передовых моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Программные процедуры: искусственный ум в действии

Нынешние устройства распознавания лиц невозможны в отсутствие использования artificial intelligence и машинного обучения. Именно из-за таким инновациям, как Vulkan Platinum, гаджет способно идентифицировать владельца даже при изменениях внешности: новая укладка, борода, очки или грим не становятся препятствием для разблокировки.

Распознавание лиц

В первом стадии система обязана быстро распознать ликовое изображение в пределах всего изображения камеры. Для этого используются многоуровневые классификаторы Хаара или более новейшие конволюционные нейронные сети (CNN), которые “обучены” идентифицировать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN может обнаруживать лицо даже в случае частичном закрытии (например, платком или рукой).

Идентификация ключевых моментов

После идентификации лица устройство, такая как Vulkan Platinum, вычисляет расположение главных точек: уголки глаз, конец носа, контуры губ и так далее. Часто задействуется от 68 до 128 ключевых точек на лицевой области.

Данное необходимо для выравнивания визуала: если пользователь держит мобильник под наклоненным, или повернул головку, программа корректирует картинку до стандартного положения для последующего изучения.

Построение биометрии модели

Далее нейронная сеть строит уплотненное цифровое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой след лица длиной от 128 до 512 чисел с плавающей запятой.

Данный шаблон весьма сложно сфальсифицировать: он не удерживает непосредственно фото пользователя, а лишь исключительные характеристики его вида, что делает его идеальным для таких систем, как Вулкан Казино Платинум.

Сравнение и принятие выбора

В случае, когда человек желает разлочить смартфон взглядом, механизм воспроизводит все описанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Адаптация к изменениям внешнего вида

Занимательная черта нынешних системы — возможность самообучения. Если ты постоянно разблокируете мобильное устройство с свежей укладкой или оптикой, программа постепенно обновляет основной образец вашего лица для повышения точности работы без ухудшения безопасности.

Безопасность биометрии информации.

Множество клиенты беспокоятся хранить свои био-идентификационные данные на телефоне из-за вероятности потери данных или взлома гаджета. Иные компании, например Вулкан Казино Платинум, предлагают методы для увеличения безопасности данных пользователей.

• Локальное хранение: Основная часть девайсов сохраняет биометричные образцы лишь внутрь защищённого чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они ни разу не не выходят из гаджет и не доступны даже создателю.

• Шифрование: Все данные сохраняются только в кодированном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция приложений: Приложения сторонних девелоперов не обладают непосредственного доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать подтверждение подтверждения личности через системный API.

Необходимо упомянуть важную деталь: в случае, если кто-то сможет получить физический доступ к вашему телефону (например, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество производители осуществляют меры безопасности от неосознанного разблокирования — например, заставляют разомкнуть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие бывают типы определения лиц на изображениях?

В настоящее время можно определить определить 3 ключевых способа к выполнению этой задачи:

Программируемое 2D распознавание

Применяется только передняя камера без экстра детекторов глубины. Такой подход встречается наиболее часто в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: несложность осуществления; низкая стоимость; быстрая работа при качественном освещении.
Минусы: просто ввести в заблуждение снимком; ненадежная работа ночью; недостаточная охрана.

Оборудование для 3D оцифровка

Задействует инфракрасную камеру + проекционный модуль пикселей + датчики дистанции (Face ID у Apple; аналогичные решения у Huawei Mate).
Достоинства: высокая надёжность; не получится подделать изображение/видеозапись; стабильная деятельность при любом освещении.
Минусы: удорожание устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные способы с интеграцией ИИ

Задействуют комбинацию софтверных методов + аппаратную обработку + дополнительную обработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие товары, как Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock новейших версий, объединяют фронталку c инфракрасным сенсором мобильности Soli Radar для предотвращения от фальсификаций жестами/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Иллюстрации применения различных способов

• iPhone модели X/11/12/13/14 задействуют только техническое трёхмерное сканирование в 3D
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые предложил подобие Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10 модель/S20 имеют как программное двухмерное распознавание по фото фронталкой, так и датчик радужки глаза.
• Huawei Mate20 Pro задействует комплекс из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Вопросы охраны и неверные срабатывания

Несмотря на впечатляющий успехи технологий за недавние годы, совершенных систем пока не наблюдается:

1. Шанс обмана: Недорогие смартфоны легко открываются качественной фотографией владельца или видеозаписью с дисплея иного гаджета.
2. Идентичные близняшки: Даже самые идеальные механизмы могут спутать между однояйцевыми близнецами либо родичами с очень аналогичной внешностью.
3. Метаморфозы внешнего вида: Внезапное утрата веса/увеличение массы тела, пластические операции или травмы порой требуют обновления данных биометрии.
4. Условия фотографирования: Интенсивная освещённость солнечным светом либо глубокая затенение могут понизить точность определения признаков.

Ниже некоторые советов по безопасному использованию:

• Для важных операций всегда применяйте двухфакторную аутентификацию;
• Не запускайте возможность “Разблокировка по лицу” на бюджетных моделях без ИК-сенсоров;
• Регулярно обновляйте прошивку программное обеспечение телефона для предотвращения угроз от актуальных атак;
• Включайте опцию “Требовать открытых глаз” везде, где она доступна.

Где дополнительно находится применение технология кроме смартфонов?

Несмотря на то, что предмет нашей статьи посвящена конкретно мобильным устройствам, необходимо сказать о прочих направлениях внедрения технологии:

• Мониторинг прохода в рабочих помещениях и резиденциях;
• Платёжные аппараты финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Электронные удостоверения личности последнего поколения;
• Комплексы видеомониторинга городских подразделений;
• Механизация регистрации посещаемости образовательных учреждений/институтов;
• Авторизация юзеров ПК/ноутбуков.

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

Каким образом изменяется технический процесс в нынешнее время?

Любой годочек проявляются современные идеи для усовершенствования качества работы систем распознавания лиц:

1. Увеличивается детализация датчиков — чем больше элементов фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше шанс погрешности;
2. Совершенствуются искусственные интеллекты — современные архитектуры модели MobileNetV3 обеспечивают возможность оперативно обучаться дополнительным чертам вида владельца прямо на устройстве без отправки данных в облако.
3. Улучшаются технологии антиспуфинга — теперь мобильные устройства умеют распознавать настоящие движущиеся лица от неподвижных снимков/масок по мельчайшим микродвижениям.
4. Взаимодействие со смарт-гаджетами — интеллектуальные часы могут самостоятельно заблокировать телефон, если владелец ушёл далеко.
5. Проявляются смешанные устройства — к примеру объединяющие речевую аутентификацию + лицо + пальцевой отпечаток.

Итак, какие тенденции в особенности популярны на сегодняшний день:

1) Сокращение компонентов

Компании намереваются уменьшить размер прорези (“чёлки”) для сенсоры на дисплее за счёт внедрения маленьких ИК-проекторов прямо под стекло дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработка прямо на устройстве

Для улучшения конфиденциальности всё больше обработки данных происходит внутри устройства без отправки данных во сторонний облачный услугу.

3) Упорядочивание стандартов

Google активно пропагандирует норму BiometricPrompt API, для того чтобы такие системы, например как Вулкан Платинум, и каждые Android-приложения могли работать с любыми видами биометрии стандартизированно.

Что выбрать на сегодня?

Если тебе необходима наивысшая защита данных, подбирайте передовые устройства с интегрированным ИК-проектором либо ToF-сенсором глубины.

• iPhone всех последних поколений
• Huawei Companion/P серии
• Mi Pro
• Vivo X серии
• Оппо Обнаружить Х серий.

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

Каким образом увеличить практичность функционирования опции?

Есть несколько лайфхаков для пользователей, кто уже пользуется разблокировку по лицу:

1. Периодически обновляйте свою фото-шаблон, если кардинально меняется внешность.
2. Не упускайте из виду очищать линзу фронтальной камеры – загрязнения могут понизить четкость!
3. Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате телефон сам запускает камеру когда вы берёте его в руки.
4. Во время записи пытайтесь сохранять лицевую часть прямо перед камеры исключая резкого наклона головы.
5. Используйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает телефон, если вы отвели взгляд от экрана.

Перспективы развития инноваций

В скоро наступающие периоды можно предполагать появления полностью дистанционных способов идентификации человека сразу по нескольким биометрическим характеристикам параметрам одновременно: лицо + голос + манера ходьбы + движения рук!

Также возможно появление новых способов защиты приватности – например, динамическое изменение электронного образца после каждой успешной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из наиболее захватывающих инноваций нашего эпохи! Она обеспечивает общение со смартфоном проще чем до этого, и такие программы, как Вулкан Казино Платинум, могут в разы оптимизировать ваш пользовательский опыт, но нуждается в внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, когда вы понимаете, как работает эта технология изнутри, – будете в состоянии осознаннее определять свой будущий гаджет!