Каким способом работает идентификация лиц в телефонах

Для чего мы останавливаемся на разблокирование по лицу

В последние годы определение лиц превратилось в одной из самых распространённых функций для открытия мобильных телефонов. Еще некоторые годков тому назад большинство пользователей обходились пин-кодами, секретными кодами или сканерами отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, как Вулкан Платинум, нам достаточно просто взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.

Что делает эту особенность настолько популярной? Во-первых, это комфортно: не нужно помнить трудные пароли или отыскивать нужный палец в тьме. Во-вторых, это оперативно: современные системы распознают лицо фактически за мгновения ока. В-третьем пункте, это впечатление футуристичности — как будто в кинофильмах про вулкан платинум зеркало агентов.

Впрочем за такой на первый взгляд несложностью таится весь мир трудных технологий и инженерных концепций. Позвольте нам разобраться, как точно функционирует распознавание лиц в современных смартфонах, какие существуют методы, насколько они безопасны и что нас ждёт впереди.

Краткая хроника прогресса технологии

Идентификация лиц как методика имеется уже более 50 лет. Начальные пробы машинного анализа лица были предприняты еще в 1960-х годы в лабораториях США. Тогда ЭВМ могли лишь выделять очертания черепа и определять дистанции между глазами и ртом на ахроматических снимках.

Начальные торговые установки появились в девяностых годах, но они были неидеальны: функционировали медленно и нередко ошибались. Только с развитием нейронных сетей и таких площадок, как Vulkan Platinum, мощных мобильных чипов идентификация лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple выпустила 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 прочие стали интегрировать свои решения.

Основные шаги функционирования устройства идентификации

Процесс идентификации лица можно ориентировочно разделить на несколько ключевых этапов:

Обнаружение лиц — аппарат распознает присутствие гуманного лица в изображении.
Выделение признаков — система анализирует черты лица: форму глаз, обонятельного органа, губ, положение надбровных дуг.
Построение модели — создаётся уникальный электронный отпечаток (faceprint) на основе выделенных признаков.
Сравнение с стандартом — полученный шаблон сравнивается с сохранённой при регистрации биометрической данными владельца.
Принятие определения — если совпадение достаточно значительное, смартфон разблокируется.

Всякий из указанных этапов нуждается в особых процедур и улучшений для быстрой работы прямо на устройстве.

Железные компоненты: что прячется внутри них

Типичная передняя камера.

Простейший легкий способ идентификации облика применяет только фронтальную камеру смартфона. Подобный подход внедрён во различных бюджетных моделях Android-устройств.

Плюсы:

Не нуждается в нуждается в дополнительных датчиков.
Оперативно функционирует при хорошем освещении.

Минусы:

Просто обмануть фотографией или видеозаписью.
Плохо работает при плохом освещении или нестандартных точках зрения.

ИК фотокамера и пунктирный проектор

Более продвинутые системы, такие как Vulkan Platinum, применяют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта самая техпроцесс лежит в основе Face ID от Apple.

Как это работает:

Точечный проекционный прибор отображает на лицо пользователя невидимую решетку из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID использует около 30 000 пятен).
Инфракрасная камера фиксирует искривление этой решетки по плоскости физиономии.
Формируется трехмерная карта глубины, которая почти неосуществима для имитации стандартной фотографией или маской.

Преимущества

Надёжная функционирование даже в полной тьме.
Сильная сопротивляемость к подделкам.
Точность идентификации выше 99%.

Добавочные сенсоры

В определённых аппаратах используются также экстра датчики: ToF (Time-of-Flight), которые определяют период прохождения луча до объекта и обратно; RGB-датчики дальности; специальные световые дальномеры для создания более детализированной 3D-модели физиономии.

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

Программные алгоритмы: синтетический разум на исполнении

Нынешние системы распознавания лиц немыслимы без использования искусственного интеллекта и machine learning. Именно вследствие таким разработкам, как Vulkan Platinum, устройство способно идентифицировать владельца даже при трансформациях внешнего вида: новая причёска, борода, оптика или грим не становятся препятствием для деблокировки.

Детектирование физиономии

В начальном этапе программа обязана быстро распознать образ лица внутри всего изображения камеры. Для этого применяются каскадные классификаторы Хаара или более новейшие конволюционные нейронные сети (CNN), которые “обучены” идентифицировать лица людей среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN в состоянии распознавать лицо даже с неполном перекрытии (например, шалью или ладонью).

Выделение основных аспектов

После обнаружения лица устройство, такая как Vulkan Platinum, устанавливает расположение ключевых точек: уголки глаз, верхушка носа, границы губ и так далее. Обычно применяется от 68 до 128 основных маркеров на лицевой поверхности.

Это действие необходимо для нормализации визуала: если юзер находится с телефон под наклоненным, или наклонил головку, программа корректирует изображение до стандартного положения для последующего изучения.

Создание биометрического образца

Далее нейросеть строит компактное числовое представление (“эмбеддинг”) лица пользователя — своеобразный цифровой образ лица длиной от 128 до 512 вещественных чисел.

Такой образец крайне сложно подделать: он не удерживает непосредственно фото юзера, а лишь исключительные черты его внешности, что делает его оптимальным для таких площадок, как Вулкан Казино Платинум.

Сравнительный анализ и осуществление заключения

Когда человек намеревается открыть мобильник взглядом, программа воспроизводит все описанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Адаптация к метаморфозам внешнего вида

Занимательная черта нынешних системы — способность самостоятельного обучения. Если ты постоянно разблокируете мобильное устройство с новой прической или очками, система постепенно модернизирует эталонный образец вашего внешности для увеличения точности действия без ухудшения безопасности.

Безопасность биометрии информации.

Многие юзеры боятся хранить свои биометрические идентификационные данные на мобильном устройстве из-за риска утечки данных или хакерской атаки. Иные фирмы, например Вулкан Казино Платинум, предоставляют методы для повышения сохранности данных клиентов.

Локальное сохранение: Преимущественно девайсов записывает био-идентификационные образцы исключительно внутри защищённого микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не оставляют гаджет и закрыты в том числе создателю.
Шифрование: Все информация хранятся только в шифрованном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция приложений: Приложения внешних разработчиков не имеют непосредственного доступа к биометрическим; они могут лишь запрашивать подтверждение верификации личности через системный API.

Необходимо подчеркнуть важную деталь: в случае, если какой-то человек достанет доступ к вашему телефону физически (к примеру, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство компании внедряют меры безопасности от “слепого” разблокирования — например, заставляют раскрыть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие имеются виды распознавания лиц на изображениях?

Сегодня можно определить выделить три главных подхода к реализации этой задачи:

Программируемое плоское распознавание

Применяется только фронтальная камера без вспомогательных сенсоров дистанции. Этот метод используется чаще всего в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: легкость воплощения; низкая затраты; скоростная функционирование при хорошем свете.
Минусы: несложно ввести в заблуждение снимком; неустойчивая работа ночью; недостаточная безопасность.

Оборудование для 3D сканирование

Применяет ИК видеокамеру + проекционный модуль точек + датчики дистанции (Face ID от Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Преимущества: высокая надёжность; не получится обмануть изображение/видеозапись; стабильная деятельность в любых условиях освещения.
Минусы: удорожание устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные методы с дополнением ИИ

Задействуют комбинацию программируемых методов + техническую обработку + дополнительную обработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие изделия, как Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock новейших поколений, сочетают фронтальную камеру c инфракрасным датчиком движения Soli Radar для предотвращения от подделок руками/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Иллюстрации применения разнообразных техник

iPhone серии X/11/12/13/14 применяют только аппаратное трёхмерное 3D-сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые внедрил аналог Face ID среди Android.
Samsung Galaxy S10 версия/S20 поддерживают как программное обеспечение двухмерное определение по изображению фронталкой, так и датчик радужки глаза.
Huawei Mate20 Pro применяет систему из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-датчик

Трудности безопасности и неверные срабатывания

Несмотря на впечатляющий успехи инноваций за последние годы, совершенных систем пока не имеется:

Вероятность обмана: Бюджетные смартфоны просто открываются качественной изображением хозяина либо видео с экрана другого устройства.
Идентичные близняшки: Даже самые совершенные устройства могут ошибиться между монозиготными близнецами либо семьями с очень аналогичной внешностью.
Изменения облика: Резкое утрата веса/набор веса, косметические процедуры или травмы в некоторых случаях необходимы для повторной регистрации биометрических данных.
Условия записи: Сильная засветка солнечным светом или интенсивная затенение могут уменьшить аккуратность определения признаков.

Вот несколько подсказок для безопасному эксплуатации:

Для важных операций всегда используйте дополнительную аутентификацию;
Не активируйте функцию “Разблокировка по лицу” на дешёвых моделях без ИК-сенсоров;
Постоянно апгрейдите программное обеспечение мобильного устройства для защиты от современных угроз;
Включайте опцию “Требовать распахнутых глаз” там, где она есть.

В каких областях также используется технологии кроме мобильных телефонов?

Хотя предмет данной публикации касается конкретно смартфонам и планшетам, необходимо сказать о других сферах применения технологии:

Управление доступа в офисах и жилых домах;
Платёжные устройства финансовых учреждений (“Face Pay”);
Цифровые паспорта последнего типа;
Установки видеонаблюдения муниципальных сервисов;
Автоматизация учёта присутствия учебных заведений/институтов;
Авторизация пользователей компьютеров/ноутбуков.

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

Каким образом трансформируется технический процесс сегодня?

Каждый годик появляются свежие идеи для усовершенствования стандарта функционирования систем лицевого распознавания:

Увеличивается чёткость сенсоров — чем больше деталей фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше риск неточности;
Развиваются нейросети — новейшие архитектуры модели MobileNetV3 обеспечивают возможность оперативно осваивать новым характеристикам внешности владельца напрямую на гаджете без отправки данных в облако.
Развиваются технологии антиспуфинга — теперь смартфоны могут различать настоящие живые лица от статичных фото/маскировок по микроскопическим движениям кожи.
Интеграция со смарт-гаджетами — смарт-часы могут авто заблокировать телефон, если обладатель ушёл далеко.
Возникают смешанные системы — например объединяющие аудио аутентификацию + лицо + отпечаток пальца.

Вот, какие направления в особенности актуальны на сегодняшний день:

1) Миниатюризация компонентов

Изготовители пытаются уменьшить габариты выреза (“чёлки”) под датчики на дисплее за счёт интеграции маленьких ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на девайсе

Для увеличения приватности всё более расчётов происходит внутри устройства без пересылки информации во внешний облачный сервис.

3) Унификация норм

Гугл интенсивно пропагандирует эталон BiometricPrompt API, с целью чтобы аналогичные системы, например как Вулкан Платинум, и любые Android-программы могли работать с различными типами биометрии единообразно.

Что подобрать на сегодня?

Если вам всем важна максимальная защита данных, выбирайте передовые модели со встроенным ИК-проектором или ToF-сенсором глубины.

iPhone всех существующих последних поколений
Huawei Companion/P Series серии
Mix Pro
Vivo X серии
Оппо Find X серии.

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

Каким способом повысить удобство функционирования функции?

Есть несколько хитростей для тех, кто уже пользуется разблокировку через лицо:

Периодически обновляйте свою фотографию-шаблон, если сильно меняется облик.
Не пренебрегайте очищать линзу передней камеры – разводы могут понизить четкость!
Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате телефон сам активирует фотоаппарат когда вы берёте его в руки.
При регистрационного процесса пытайтесь держать голову ровно впереди видеоустройства не допуская значительного наклона головы.
Используйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает мобильное устройство, если вы отвели взгляд от дисплея.

Будущее эволюции техники

В ближайшие времена можно ожидать развития полностью бесконтактных способов распознавания индивидуума сразу по нескольким биометрическим характеристикам параметрам одновременно: облик + звучание + шаги + движения рук!

Также вероятно возникновение свежих методов защиты личной информации – скажем, изменяющееся корректировка электронного образца после каждой успешной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – единственная из наиболее интересных техник нашего периода! Она делает интеракцию со смартфоном удобнее чем раньше, и такие приложения, как Вулкан Казино Платинум, могут значительно повысить ваш опыт, но запрашивает внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, раз вы осведомлены, как работает эта технология изнутри, – будете в состоянии вдумчиво выбирать свой будущий девайс!