Каким образом функционирует определение лицевых образов в смартфонах

Зачем мы останавливаемся на разблокировку по лицевому распознаванию

В недавние времена распознавание лиц является одной из наиболее востребованных функций для деблокировки умных телефонов. Еще несколько лет назад основная масса использующих довольствовались PIN-кодами, паролями или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, как вулкан россия, нам вполне просто взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Какой аспект обуславливает эту особенность настолько популярной? Во-первых, это удобно: не нужно удерживать в памяти сложные пароли или искать правильный палец в тьме. Кроме того, это мгновенно: современные системы распознают лицо фактически за мгновение. В-третьем пункте, это ощущение будущего — как будто в кинофильмах про vulkan casino разведчиков.

Впрочем за такой видимой несложностью прячется целый мир сложных методов и инженерных концепций. Позвольте нам понять, как именно действует идентификация по лицу в новейших смартфонах, какие существуют способы, насколько они безопасны и что нас ждёт впереди.

Краткая повествование прогресса технологии

Распознавание лиц как методика существует уже более пятидесяти годов. Начальные эксперименты машинного исследования облика были сделаны еще в 1960-х годы в лабораториях США. Тогда ЭВМ способны были лишь выделять контуры черепа и измерять промежутки между зрачками и губами на ахроматических фотографиях.

Первые бизнес платформы возникли в 90-х, но они были неидеальны: функционировали медленно и часто ошибались. Только с развитием синтетических сетей и таких систем, как вулкан россии, мощных мобильных чипов распознавание лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый массовый смартфон с безопасным трёхмерным сканированием лица. За этим пошли Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали внедрять личные разработки.

Основные этапы функционирования устройства распознавания

Процесс определения лица можно примерно сегментировать на несколько важных этапов:

Идентификация лиц — камера распознает существование человеческого лица в изображении.
Выделение характеристик — система исследует контуры физиономии: очертания зрительных органов, обонятельного органа, губ, положение надбровных дуг.
Построение структуры — создаётся уникальный цифровой отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
Сравнение с образцом — полученный модель сверяется с зафиксированной при регистрации биометрической информацией владельца.
Принятие определения — если совпадение достаточно существенное, смартфон разблокируется.

Всякий из этих шагов нуждается в специальных методов и оптимизаций для скорой работы непосредственно на девайсе.

Железные компоненты: что прячется в их недрах

Обычная передняя камера.

Наиболее несложный метод определения облика применяет только фронтальную камеру смартфона мобильного устройства. Такой подход внедрён во различных бюджетных версиях Android-девайсов.

Положительные стороны:

Не нуждается в потребляет дополнительных сенсоров.
Быстро действует при хорошем свете.

Минусы:

Просто одурачить снимком или видеозаписью.
Неправильно функционирует при плохом свете или необычных углах обзора.

ИК камера и точечный проектор

Более совершенные системы, такие как вулкан россии, применяют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Данная технология лежит в основе Face ID от Apple.

Как это действует:

Точечный проектор показывает на облик юзера невидимую структуру из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID применяет около 30 000 точек).
ИК камера фиксирует деформацию данной решетки по плоскости физиономии.
Создаётся трёхмерная карта глубины глубины, которая почти невозможна для подделки обычной фотографией или маской.

Преимущества

Надёжная функционирование даже в полной темноте.
Сильная защита к фальсификациям.
Точность идентификации свыше 99%.

Дополнительные сенсорные устройства

В определённых устройствах задействуются также дополнительные сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют период движения света до предмета и обратно; RGB-датчики глубины; специальные оптические измерители расстояния для формирования более аккуратной 3D-модели лица.

Эти технологии используются наиболее часто во флагманских устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные процедуры: синтетический ум на действии

Текущие системы идентификации физиономий неосуществимы без использования ИИ и машинного обучения. Именно из-за таким технологиям, как вулкан россии, гаджет в состоянии идентифицировать пользователя даже при изменениях внешнего вида: новая причёска, борода, оптика или грим не становятся препятствием для деблокировки.

Обнаружение лиц

В начальном шаге система должна мгновенно найти образ лица в пределах полного снимка камеры. Для данной цели применяются последовательные классификаторы Хаара или более современные сверточные нейронные сети (CNN), которые натренированы распознавать лица людей среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN в состоянии обнаруживать облик даже при неполном перекрытии (например, платком или рукой).

Идентификация ключевых моментов

После идентификации лица система, такая как вулкан россии, вычисляет расположение основных точек: края глаз, конец носа, границы губ и так далее. Часто задействуется от 68 до 128 главных маркеров на лицевой области.

Это требуется для выравнивания визуала: если человек удерживает телефон под углом, или наклонил голову, программа “выпрямляет” изображение до нормального состояния для дальнейшего анализа.

Создание биометрического идентификатора модели

Далее искусственная сеть строит компактное цифровое представление (“эмбеддинг”) внешности пользователя — своеобразный цифровой образ лица длиной от 128 до 512 флоатов.

Такой образец очень трудно имитировать: он не сохраняет непосредственно фото юзера, а лишь особенные особенности его вида, что делает его идеальным для таких площадок, как vulkan russia.

Сопоставление и осуществление выбора

Если пользователь желает открыть телефон глазами, программа воспроизводит все указанные описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает определённый уровень (обычно превышает 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, доступен; если нет — доступ запрещается.

Привыкание к изменениям облика

Занимательная черта актуальных системы — возможность самостоятельного обучения. Если вы постоянно разблокируете смартфон с свежей прической или очками, система постепенно освежает базовый образец вашего лица для улучшения точности функционирования без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрии данных.

Большинство юзеры боятся хранить свои биометрические данные на телефоне из-за вероятности потери данных или взлома гаджета. Определенные фирмы, такие как vulkan russia, предлагают решения для повышения защиты данных пользователей.

Локальное хранение: Большинство аппаратов записывает био-идентификационные образцы исключительно внутри защищенного процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные всегда не выходят из аппарат и недоступны включая производителю.
Шифрование: Все данные сохраняются только в шифрованном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция приложений: Приложения внешних разработчиков не имеют прямого возможности доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать подтверждение верификации идентичности через системный API.

Необходимо отметить важную особенность: если кто-то сможет получить физический доступ к вашему телефону (например, во время сна), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество изготовители осуществляют меры безопасности от “слепого” разблокирования — например, требуют разомкнуть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют категории определения лиц на изображениях?

Сегодня можно выделить три ключевых способа к выполнению этой задачи:

Софтверное плоское идентификация

Эксплуатируется только лицевая видеокамера без экстра датчиков глубины. Такой метод встречается чаще всего в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: несложность осуществления; минимальная цена; быстрая функционирование при хорошем свете.
Минусы: легко одурачить фотографией; ненадежная деятельность ночью; слабая безопасность.

Оборудование для 3D сканирование

Применяет инфракрасную камеру + проекционный модуль пикселей + сенсоры глубины (Face ID от Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Достоинства: значительная надёжность; невозможно подделать фото/видео; постоянная деятельность в любых условиях освещения.
Минусы: увеличение цены устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Гибридные подходы с интеграцией ИИ

Применяют комбинацию программируемых методов + аппаратно-техническую обработку + постобработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные товары, как вулкан россии и Google Pixel Face Unlock современных версий, объединяют фронтальную камеру c ИК сенсором мобильности Soli Radar для защиты от подделок руками/масками/видеоэкранами посторонних устройств.

Иллюстрации использования разных способов

iPhone линейки X/11/12/13/14 задействуют только аппаратное трёхмерное сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые внедрил подобие Face ID среди Android.
Samsung Galaxy S10 версия/S20 поддерживают как программное обеспечение плоское идентификацию по фото фронталкой, так и датчик глазного ириса.
Huawei Mate20 Pro применяет набор из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-датчик

Вопросы охраны и ложные тревоги

Несмотря на поразительный развитие технологий за прошедшие лет, совершенных системы пока не наблюдается:

Возможность подвоха: Бюджетные смартфоны просто открываются высококачественной фотографией пользователя или же видеозаписью с дисплея иного гаджета.
Идентичные близняшки: Даже самые безупречные механизмы могут спутать между монозиготными близнецами либо семьями с очень аналогичной внешностью.
Изменения облика: Стремительное снижение веса/увеличение массы тела, косметические процедуры или травмы в некоторых случаях необходимы для обновления данных биометрических данных.
Условия фотографирования: Интенсивная освещённость солнечным светом либо интенсивная темнота могут понизить верность распознавания признаков.

Вот несколько рекомендаций по безопасному применению:

Для важных операций всегда применяйте дополнительную аутентификацию;
Не включайте функцию “Разблокировка по лицу” на бюджетных устройствах без ИК-сенсоров;
Систематически апгрейдите ПО смартфона для обеспечения безопасности от актуальных атак;
Включайте настройку “Требовать раскрытых глаз” везде, где она есть.

Где дополнительно находится применение технология за исключением мобильных телефонов?

Хотя тема нашей публикации сосредоточена на именно мобильным устройствам, стоит упомянуть о прочих направлениях внедрения технологии:

Контроль входа в офисах и жилых домах;
Платёжные аппараты финансовых учреждений (“Face Pay”);
Электронные идентификационные документы последнего образца;
Установки видеонаблюдения городских подразделений;
Автоматизация отслеживания посещаемости учебных заведений/университетов;
Вход участников персональных компьютеров/ноутбуков.

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

Каким образом меняется технология в наше время?

Всякий годик возникают свежие концепции для улучшения уровня функционирования систем идентификации лиц:

Увеличивается детализация сенсорных устройств — чем больше информации фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше вероятность неточности;
Улучшаются нейросети — новейшие архитектуры типа MobileNetV3 обеспечивают возможность быстро осваивать дополнительным чертам вида пользователя непосредственно на девайсе без пересылки информации в облачное хранилище.
Совершенствуются методы антиспуфинга — теперь смартфоны умеют распознавать реальные движущиеся лица от неподвижных снимков/маскировок по микроскопическим движениям кожи.
Интеграция со смарт-гаджетами — смарт-часы могут автоматически заблокировать телефон, если обладатель удалился на значительное расстояние.
Возникают комбинированные системы — в частности объединяющие речевую аутентификацию + облик + дактилоскопический след.

Итак, которые направления особенно актуальны на сегодняшний день:

1) Сокращение элементов

Изготовители намереваются уменьшить габариты выреза (“чёлки”) для датчики на дисплее за счёт внедрения маленьких ИК-проекторов прямо под поверхность дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработка прямо на девайсе

Для повышения конфиденциальности всё больше обработки данных выполняется внутри устройства без передачи информации во сторонний облачный сервис.

3) Унификация норм

Гугл интенсивно продвигает норму BiometricPrompt API, для того чтобы аналогичные системы, например как вулкан россия, и каждые Android-приложения могли работать с всеми формами биометрии единообразно.

Что выбрать на сегодня?

Если тебе необходима предельная безопасность информации, остановите выбор на топовые модели с интегрированным ИК-излучателем либо ToF-сенсором глубины.

iPhone всех последних поколений
Huawei Mate/P серии
Mix Professional
Vivo X линейки
Oppo Найти X серии.

Если финансы невелик – лучше отдавать предпочтение классическим методам безопасности (PIN-код/сканер отпечатка), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, использовать только как второстепенную возможность удобства.

Как увеличить практичность функционирования возможности?

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

Регулярно меняйте свою фото-шаблон, если сильно трансформируется облик.
Не пренебрегайте протирать объектив фронтальной камеры – пятна могут понизить точность!
Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате мобильник сам активирует фотоаппарат если вы поднимаете его.
В процессе записи старайтесь держать лицо ровно перед объектива не допуская значительного наклона головы.
Задействуйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает телефон, если вы отвели взгляд от дисплея.

Будущее эволюции инноваций

В ближайшие времена можно предполагать появления полностью бесконтактных способов распознавания человека сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: облик + звучание + манера ходьбы + жесты рук!

Также вероятно развитие свежих способов охраны конфиденциальности – например, изменяющееся модификация цифрового шаблона после каждой результативной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из наиболее увлекательных техник нашего времени! Она делает интеракцию со телефоном комфортнее чем когда-либо прежде, и такие аппы, как vulkan russia, могут значительно улучшить 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 в деталях, – сумеете более осмысленно подбирать свой очередной гаджет!