Каким образом функционирует идентификация лицевых образов в телефонах

Зачем мы предпочитаем разблокировку по лицевому распознаванию

В последние годы определение лиц является одной из наиболее востребованных возможностей для деблокировки умных телефонов. Еще некоторые лет ранее большинство юзеров удовлетворялись PIN-кодами, секретными кодами или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, например Вулкан Платинум, нам достаточно просто взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Что обуславливает данную возможность очень нужной? Во-первых, это удобно: не нужно удерживать в памяти трудные пароли или отыскивать нужный палец в темноте. Также, это быстро: современные системы распознают лицо буквально за доли секунды. В-третью очередь, это чувство футуристичности — словно в кинолентах про vulkan platinum агентов.

Однако за данной кажущейся простотой таится весь вселенная сложных технологий и инженерных решений. Давайте исследовать, как точно функционирует идентификация по лицу в новейших гаджетах, какие применяются способы, насколько они безопасны и что нас ждёт впереди.

Короткая история прогресса технологии

Идентификация лиц как технология имеется уже более пятидесяти лет. Первые попытки автоматизированного анализа лиц были предприняты еще в 1960-х годах в научных учреждениях США. Тогда вычислительные машины умели лишь выделять силуэты черепа и измерять дистанции между зрачками и губами на ахроматических фотографиях.

Изначальные торговые системы возникли в 90-х, но они были далеки от совершенства: функционировали медленно и часто ошибались. Только с эволюцией нейронных сетей и таких платформ, как Vulkan Platinum, мощных мобильных чипов идентификация лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В 2017 году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с достоверным трёхмерным распознаванием лица. За этим последовали Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие стали интегрировать свои решения.

Главные этапы работы системы идентификации

Процесс идентификации лица можно ориентировочно разделить на несколько основных этапов:

Распознавание лица — устройство определяет существование гуманного образа в изображении.
Выделение признаков — механизм изучает особенности лица: форму глаз, носа, уст, позицию надбровных дуг.
Построение модели — создаётся особенный цифровой отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
Сравнение с эталоном — созданный шаблон сверяется со записанной при учёте биометрической сведениями владельца.
Принятие определения — если сходство достаточно существенное, смартфон деблокируется.

Любой из данных этапов нуждается в особых алгоритмов и улучшений для быстрой работы непосредственно на девайсе.

Технические составляющие: что скрыто внутри них

Обычная фронтальная камера.

Самый легкий вариант распознавания лица использует только фронтальную камеру мобильного устройства. Данный подход внедрён во многих бюджетных моделях Android-устройств.

Достоинства:

Необходимо потребляет внешних датчиков.
Оперативно функционирует при хорошем свете.

Минусы:

Несложно ввести в заблуждение изображением или роликом.
Неудачно действует при низком освещённости или нестандартных углах обзора.

ИК фотокамера и точечный проектор

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

Каким образом это действует:

Точечный проектор отображает на облик пользователя невидимую решетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID применяет около 30 000 меток).
Инфракрасная камера регистрирует изменение формы этой решетки по поверхности лица.
Создаётся трёхмерная глубинная карта глубины, которая почти что неподвластна для фальсификации типичной фотографией или маскировкой.

Преимущества

Надёжная работа даже в полной неосвещённости.
Сильная устойчивость к имитациям.
Точность идентификации более 99%.

Добавочные сенсорные устройства

В определённых устройствах задействуются также дополнительные сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые определяют период прохождения света до предмета и обратно; Трехцветные-датчики глубины; специальные оптические измерители расстояния для формирования более точной 3D-модели физиономии.

Эти технологии применяются в основном во флагманских аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные алгоритмы: искусственный ум на действии

Нынешние устройства опознания физиономий неосуществимы без эксплуатации artificial intelligence и machine learning. Именно благодаря таким разработкам, как Vulkan Platinum, гаджет может узнавать пользователя даже при трансформациях внешнего вида: новая причёска, борода, очки или макияж не становятся помехой для открытия.

Детектирование физиономии

На стартовом этапе программа необходимо быстро найти образ лица в пределах полного снимка с камеры. Для данной цели задействуются последовательные классификаторы Хаара или более современные конволюционные нейронные сети (CNN), которые натренированы находить лиц человека среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN в состоянии обнаруживать физиономию даже с частичном перекрытии (например, платком или ладонью).

Идентификация основных точек

После обнаружения лица устройство, такая как Vulkan Platinum, вычисляет положение главных точек: уголки глаз, конец носа, границы губ и так далее. Обычно задействуется от 68 до 128 главных маркеров на лице.

Данное требуется для стабилизации изображения: если человек находится с телефон под наклоном, или повернул головку, программа исправляет изображение до стандартного положения для дальнейшего анализа.

Создание биометрического идентификатора образца

Далее искусственная сеть строит сжатое числовое представление (“эмбеддинг”) лица пользователя — своеобразный цифровой образ внешности длиной от 128 до 512 чисел с плавающей запятой.

Данный образец очень трудно сфальсифицировать: он не удерживает само изображение пользователя, а лишь уникальные черты его облика, что делает его идеальным для таких площадок, как Вулкан Казино Платинум.

Сравнительный анализ и принятие заключения

Если юзер намеревается разлочить смартфон взглядом, система осуществляет все указанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Приспособление к трансформациям облика

Занимательная характеристика нынешних системы — способность самообучения. Если вы часто доступаете к телефон с обновленной стрижкой или оптикой, программа постепенно освежает базовый шаблон вашего внешности для повышения точности работы без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрии данных.

Многие пользователи опасаются держать свои биометрические данные на смартфоне из-за угрозы утечки данных или взлома устройства. Иные компании, например Вулкан Казино Платинум, предлагают решения для повышения сохранности информации пользователей.

Локальное хранение: Преимущественно девайсов сохраняет био-идентификационные модели только внутрь защищённого микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные никогда не выходят из гаджет и недоступны включая создателю.
Шифрование: Все сведения сохраняются только в шифрованном виде с использованием актуальных криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция приложений: Программы внешних разработчиков не имеют непосредственного возможности доступа к биометрическим; они могут лишь требовать подтверждение подтверждения идентичности через системный API.

Необходимо подчеркнуть важную особенность: если кто-либо достанет физический доступ к вашему телефону (к примеру, пока вы спите), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество компании реализуют систему защиты от “слепого” разблокирования — к примеру, просят разомкнуть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно существуют виды определения лиц на изображениях?

Сегодня можно определить определить 3 основных способа к реализации этой функции:

Софтверное 2D определение

Применяется только фронтальная видеокамера без дополнительных сенсоров глубины. Такой подход наблюдается обычно в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: простота реализации; низкая цена; быстрая функционирование при достаточном освещении.
Минусы: легко одурачить снимком; ненадежная работа ночью; недостаточная безопасность.

Техническое 3D сканирование

Задействует ИК видеокамеру + проектор точек + сенсоры глубины (Face ID от Apple; аналогичные технологии у Huawei Mate).
Достоинства: значительная надежность; не получится исказить фото/видео; постоянная работа при любом освещении.
Минусы: увеличение цены устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Гибридные способы с ИИ-дополнением

Применяют комбинацию программных методов + аппаратно-техническую обработку + постобработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие товары, как Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock новейших версий, комбинируют фронтальную камеру c инфракрасным датчиком мобильности Soli Radar для защиты от подделок жестами/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Образцы использования разных методов

iPhone линейки X/11/12/13/14 применяют только техническое трёхмерное сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз предложил аналог Face ID среди Android.
Samsung Galaxy S10 версия/S20 обеспечивают как софтверное плоское распознавание по фото фронталкой, так и сканер радужки глаза.
Huawei Mate20 Pro использует систему из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Проблемы безопасности и неверные срабатывания

Несмотря на замечательный развитие инноваций за прошедшие годы, совершенных механизмов пока не наблюдается:

Возможность обмана: Недорогие телефоны без труда доступны четкой изображением владельца или роликом с дисплея иного гаджета.
Идентичные двойняшки: Даже самые идеальные устройства могут спутать между однояйцевыми близнецами либо родственниками с очень похожей внешностью.
Метаморфозы облика: Внезапное утрата веса/набор веса, косметические процедуры или повреждения в некоторых случаях требуют повторной регистрации биометрии.
Условия фотографирования: Яркая освещённость солнечным светом или глубокая тень могут уменьшить аккуратность идентификации признаков.

Здесь несколько советов по защищённому эксплуатации:

Для критически важных операций всегда внедряйте дополнительную аутентификацию;
Не включайте функцию “Разблокировка по лицу” на недорогих аппаратах без ИК-сенсоров;
Регулярно обновляйте прошивку телефона для обеспечения безопасности от актуальных атак;
Включайте функцию “Требовать открытых глаз” там, где она доступна.

Где дополнительно находится применение технологии за исключением мобильных телефонов?

Хотя предмет данной статьи посвящена именно смартфонам и планшетам, следует отметить альтернативных областях использования технологии:

Управление входа в офисах и резиденциях;
Платёжные терминалы банков (“Face Pay”);
Цифровые паспорта современного поколения;
Системы видеонаблюдения муниципальных сервисов;
Автоматизация регистрации присутствия школ/университетов;
Авторизация участников ПК/ноутбуков.

Например: В московском метро уже испытывается система платежа проезда по фейсу (“Face Pay”) — хватит пройти через барьер без карты или мобильника! Аналогичные проекты реализуются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Республике Корея и некоторых европейских странах.

Каким способом меняется технический процесс в нынешнее время?

Всякий год возникают свежие мысли для улучшения качества деятельности систем распознавания лиц:

Увеличивается разрешение сенсорных устройств — чем больше деталей фиксируется фотоаппаратом/глубинными сенсорами, тем меньше шанс ошибки;
Совершенствуются нейронные сети — современные конструкции модели MobileNetV3 позволяют быстро адаптироваться к свежим характеристикам облика пользователя напрямую на гаджете без пересылки информации в облачное хранилище.
Развиваются методы антиспуфинга — теперь телефоны умеют распознавать настоящие живые облики от неподвижных фото/масок по незаметным движениям кожи.
Синхронизация со смарт-гаджетами — смарт-часы могут самостоятельно заблокировать телефон, если владелец отошёл далеко.
Появляются смешанные устройства — в частности комбинирующие аудио аутентификацию + лицо + отпечаток пальца.

Вот, которые тенденции очень востребованы сейчас:

1) Миниатюризация деталей

Изготовители стараются сократить величину отверстия (“чёлки”) под сенсоры на экране за счёт интеграции маленьких ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на девайсе

Для увеличения приватности всё более обработки данных осуществляется локально без передачи данных во дополнительный облачный услугу.

3) Упорядочивание норм

Гугл энергично продвигает стандарт BiometricPrompt API, с целью чтобы подобные системы, вроде Вулкан Платинум, и все Android-программы могли взаимодействовать с всеми формами биометрии унифицированно.

Что подобрать на сегодня?

В случае если тебе важна наивысшая сохранность данных, выбирайте флагманские устройства с вмонтированным ИК-проектором или же ToF-датчиком глубины.

iPhone всех существующих последних версий
Huawei Partner/Series P линейки
Mix Professional
Vivo X серии
Oppo Find X серий.

Если средства скромен – лучше выбирать обычным способам безопасности (PIN-код/сканер пальца), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в Вулкан Платинум, использовать только как опциональную опцию удобства.

Каким образом увеличить практичность функционирования опции?

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

Регулярно обновляйте свою фото-шаблон, если значительно меняется облик.
Не упускайте из виду очищать линзу передней камеры – загрязнения могут понизить точность!
Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего мобильник сам включает камеру как только вы поднимаете его.
Во время записи постарайтесь сохранять лицевую часть ровно напротив объектива не допуская резкого наклона головы.
Применяйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает смартфон, если вы отвели взгляд от дисплея.

Будущее развития инноваций

В предстоящие годы можно предполагать возникновения полностью безконтактных способов идентификации индивидуума сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: облик + голос + шаги + манипуляции руками!

Также предполагается развитие новых методов обеспечения личной информации – к примеру, динамическое изменение диджитал шаблона после каждой удачной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из очень интересных техник нашего времени! Она предоставляет общение со телефоном комфортнее чем когда-либо прежде, и такие приложения, как Вулкан Казино Платинум, могут в разы оптимизировать ваш пользовательский опыт, но нуждается в осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, когда вы понимаете, как функционирует эта технология в деталях, – сможете вдумчиво выбирать свой будущий устройство!