Каким способом работает распознавание лиц в мобильных устройствах

Каким способом работает распознавание лиц в мобильных устройствах

Почему мы предпочитаем разблокировку по лицу

В недавние времена определение лиц стало одной из самых популярных опций для деблокировки мобильных телефонов. Еще несколько годов назад основная масса юзеров довольствовались пин-кодами, секретными кодами или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, например вулкан россия, нам достаточно лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Какая вещь превращает эту функцию настолько популярной? Для начала, это удобно: не нужно удерживать в памяти трудные пароли или отыскивать правильный палец в мраке. Во-вторых, это быстро: современные системы распознают лицо буквально за доли секунды. В-третью очередь, это чувство футуристичности — словно в кинолентах про вулкан казино шпионов.

Однако за такой на первый взгляд простотой прячется целый вселенная комплексных технологий и инженерных решений. Давайте разобраться, как точно действует фейсканирование в актуальных смартфонах, какие существуют технологии, насколько они надёжны и что нас ожидает в будущем.

Короткая хроника эволюции технологии

Распознавание лиц как техника имеется уже более 50 годов. Начальные пробы автоматического анализа лица были сделаны еще в 1960-х годы в исследовательских центрах США. Тогда ЭВМ умели лишь определять очертания головы и вычислять дистанции между очами и устами на монохромных фотографиях.

Начальные торговые установки появились в девяностых годах, но они были неидеальны: работали медленно и часто давали сбои. Только с эволюцией искусственных сетей и таких площадок, как вулкан россии, мощных мобильных микросхем идентификация лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В 2017 году Apple выпустила iPhone X с системой Face ID — это был первый массовый смартфон с надёжным трёхмерным сканированием лица. За этим последовали Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали внедрять собственные разработки.

Ключевые этапы работы устройства определения

Процесс распознавания лица можно примерно поделить на несколько важных этапов:

1. Идентификация лица — устройство распознает наличие людского образа в изображении.
2. Извлечение признаков — механизм изучает контуры лица: очертания зрительных органов, носа, губ, расположение бровей.
3. Построение модели — создаётся особенный цифровой отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение с эталоном — сформированный модель сверяется со зафиксированной при регистрации биометрической информацией владельца.
5. Принятие решения — если сходство достаточно существенное, смартфон открывается.

Любой из этих этапов нуждается в особых методов и усовершенствований для оперативной работы непосредственно на девайсе.

Технические компоненты: что скрыто в их недрах

Стандартная селфи камера.

Наиболее несложный способ определения лица задействует только переднюю камеру смартфона смартфона. Подобный способ осуществлён во различных бюджетных вариантах Android-устройств.

Плюсы:

• Не нуждается в дополнительные сенсоров.
• Оперативно действует при хорошем освещении.

Отрицательные стороны:

• Несложно ввести в заблуждение снимком или видеозаписью.
• Неправильно функционирует при плохом освещённости или непривычных углах обзора.

ИК фотокамера и точечный проекционный аппарат

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

Каким способом это функционирует:

• Точечный устройство проекции отображает на облик использующего невидимую структуру из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID использует около 30 000 меток).
• ИК устройство регистрирует деформацию этой сетки по поверхности физиономии.
• Создаётся трехмерная глубинная карта глубинности, что почти неосуществима для подделки типичной фото или маской.

Преимущества

• Надёжная функционирование даже в полной неосвещённости.
• Высокая защита к фальсификациям.
• Точность распознавания свыше 99%.

Дополнительные сенсоры

В отдельных устройствах применяются также дополнительные датчики: ToF (Time-of-Flight), которые определяют период прохождения света до объекта и обратно; Трехцветные-датчики дальности; специальные лазерные дальномеры для построения более аккуратной 3D-модели лица.

Эти разработки используются наиболее часто во топовых моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные методы: синтетический ум в работе

Нынешние механизмы опознания лиц невозможны без использования ИИ и machine learning. Именно из-за таким технологиям, как вулкан россии, гаджет в состоянии распознавать юзера даже при трансформациях внешнего вида: новая стрижка, щетина, очки или косметика не становятся помехой для деблокировки.

Распознавание лица

В начальном стадии система обязана быстро найти образ лица среди всего изображения с камеры. Для данной цели применяются каскадные классификаторы Хаара или более современные конволюционные нейронные сети (CNN), которые подготовлены идентифицировать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN в состоянии находить физиономию даже при частичном закрытии (например, платком или ладонью).

Выделение важных моментов

После идентификации лица устройство, такая как вулкан россии, определяет местоположение основных точек: уголки глаз, конец носа, границы губ и так далее. Обычно применяется от 68 до 128 основных точек на лице.

Данное требуется для выравнивания визуала: если юзер находится с мобильник под углом, или наклонил голову, программа “выпрямляет” изображение до стандартного положения для последующего изучения.

Построение биометрического идентификатора шаблона

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

Этот шаблон весьма затруднительно сфальсифицировать: он не сохраняет непосредственно картинку юзера, а лишь особенные характеристики его вида, что делает его оптимальным для таких платформ, как vulkan russia.

Сравнительный анализ и вынесение заключения

Если человек хочет разлочить мобильник взором, система повторяет все указанные описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если схожесть превышает установленный порог (обычно превышает 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, открывается; если нет — доступ не предоставляется.

Привыкание к изменениям облика

Увлекательная характеристика нынешних систем — возможность самостоятельного обучения. Если вы часто разблокируете телефон с новой укладкой или оптикой, алгоритм постепенно освежает эталонный модель вашего внешности для увеличения точности действия без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрии информации.

Множество юзеры боятся хранить свои биометрические идентификационные данные на мобильном устройстве из-за вероятности утечки информации или хакерской атаки. Некоторые фирмы, такие как vulkan russia, предлагают методы для увеличения безопасности сведений клиентов.

• Локальное сбережение: Большинство устройств сохраняет биометричные шаблоны только внутрь безопасного чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные никогда не оставляют гаджет и недоступны включая создателю.

• Шифрование: Все сведения хранятся только в кодированном виде с использованием актуальных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция программ: Приложения сторонних разработчиков не обладают непосредственного доступа к биометрическим данным; они могут лишь запрашивать подтверждение верификации личности через системный API.

Необходимо подчеркнуть важную подробность: если какой-то человек достанет доступ к вашему телефону физически (например, пока вы спите), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие производители внедряют защиту от автоматического разблокирования — например, просят раскрыть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно имеются типы распознавания лиц?

В настоящее время можно выделить три ключевых способа к осуществлению этой задачи:

Софтверное плоское определение

Применяется только передняя камера без экстра датчиков дистанции. Подобный подход встречается чаще всего в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: несложность реализации; низкая цена; скоростная работа при хорошем свете.
Минусы: легко ввести в заблуждение фотографией; неустойчивая деятельность ночью; слабая защищенность.

Аппаратное объёмное сканирование

Применяет ИК видеокамеру + проектор пикселей + датчики глубины (Face ID у Apple; аналогичные технологии у Huawei Mate).
Преимущества: значительная надёжность; невозможно подделать фото/видео; устойчивая функционирование в любых условиях освещения.
Минусы: увеличение цены устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные способы с дополнением ИИ

Задействуют комбинацию программных методов + техническую обработку + дополнительную обработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные товары, например вулкан россии и Google Pixel Face Unlock современных поколений, комбинируют фронтальную камеру c ИК датчиком мобильности Soli Radar для защиты от фальсификаций жестами/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Примеры использования различных методов

• iPhone серии X/11/12/13/14 применяют только аппаратное трёхмерное сканирование в 3D
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз представил эквивалент Face ID в ряду Android.
• Samsung Galaxy S10 версия/S20 имеют как программное 2D распознавание по снимку фронталкой, так и датчик радужки глаза.
• Huawei Mate20 Pro применяет набор из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Вопросы защиты и ложные тревоги

Несмотря на впечатляющий успехи техники за недавние годы, совершенных механизмов пока не имеется:

1. Шанс мошенничества: Доступные телефоны без труда открываются качественной снимком хозяина или же роликом с экрана другого устройства.
2. Идентичные близнецы: Даже самые идеальные устройства могут перепутать между монозиготными близнецами либо родственниками с очень похожей внешностью.
3. Трансформации облика: Резкое утрата веса/набор веса, пластические операции либо повреждения в некоторых случаях требуют повторной регистрации биометрии.
4. Условия записи: Сильная засветка солнцем или интенсивная тень могут снизить точность определения признаков.

Ниже некоторые подсказок для безопасному применению:

• Для критически важных операций всегда внедряйте двухэтапную аутентификацию;
• Не включайте функцию “Разблокировка по лицу” на дешёвых моделях без ИК-сенсоров;
• Регулярно обновляйте прошивку прошивку мобильного устройства для предотвращения угроз от актуальных атак;
• Включайте функцию “Требовать раскрытых глаз” везде, где она имеется.

В каких местах дополнительно находится применение технология помимо смартфонов?

Несмотря на то, что тема нашей публикации сосредоточена на именно портативным гаджетам, необходимо сказать о прочих направлениях внедрения технологии:

• Управление прохода в офисах и многоквартирных зданиях;
• Платёжные устройства финансовых учреждений (“Face Pay”);
• Электронные удостоверения личности последнего типа;
• Комплексы видеомониторинга муниципальных подразделений;
• Автоматизация учёта посещаемости учебных заведений/университетов;
• Авторизация участников ПК/ноутбуков.

Например: В городском метро уже испытывается система оплаты проезда по фейсу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через барьер без карты или мобильника! Аналогичные программы реализуются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Республике Корея и ряде стран Европы.

Каким образом трансформируется техпроцесс сегодня?

Любой годочек появляются свежие мысли для улучшения стандарта деятельности систем лицевого распознавания:

1. Увеличивается разрешение сенсоров — чем больше элементов фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше риск ошибки;
2. Развиваются искусственные интеллекты — современные архитектуры вида MobileNetV3 дают возможность быстро обучаться новым характеристикам облика пользователя непосредственно на девайсе без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Развиваются технологии антиспуфинга — теперь смартфоны могут различать подлинные живые лица от статичных фотографий/маскировок по незаметным движениям кожи.
4. Взаимодействие со смарт-гаджетами — интеллектуальные часы могут самостоятельно закрыть доступ к смартфон, если обладатель удалился на значительное расстояние.
5. Появляются смешанные устройства — в частности комбинирующие аудио опознание + физиономию + отпечаток пальца.

Здесь, какие направления очень популярны на сегодняшний день:

1) Миниатюризация элементов

Компании стараются уменьшить габариты выреза (“чёлки”) для датчики на дисплее за счёт встраивания компактных ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на девайсе

Для улучшения личной безопасности всё более расчётов осуществляется локально без пересылки информации во сторонний облачный сервис.

3) Стандартизация регламентов

Гугл энергично продвигает стандарт BiometricPrompt API, с целью чтобы такие платформы, например как вулкан россия, и каждые Android-аппы были совместимы с всеми формами биометрии стандартизированно.

Какое подобрать сегодня?

Когда вам всем необходима предельная защита данных, остановите выбор на передовые аппараты с интегрированным ИК-излучателем или же ToF-датчиком глубины.

• iPhone всех актуальных поколений
• Huawei Partner/Series P линейки
• Mi Pro
• Vivo X линейки
• Oppo Найти X серий.

Если бюджет невелик – лучше выбирать обычным методам безопасности (PIN-код/сканер пальца), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, применять только как дополнительную опцию удобства.

Каким способом увеличить практичность использования опции?

Есть пара советов для пользователей, кто уже использует разблокировку по лицу:

1. Регулярно обновляйте свою фотографию-шаблон, если сильно меняется внешность.
2. Не забывайте чистить линзу фронтальной камеры – разводы могут уменьшить четкость!
3. Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так смартфон сам активирует фотоаппарат как только вы поднимаете его.
4. В процессе записи пытайтесь удерживать голову ровно впереди камеры без значительного наклона головы.
5. Применяйте возможность “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает телефон, если вы отвели взгляд от дисплея.

Возможности развития технологии

В скоро наступающие годы можно предвкушать появления полностью бесконтактных способов распознавания индивидуума сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: лицо + речь + шаги + жесты рук!

Также возможно появление свежих подходов защиты конфиденциальности – например, переменное модификация цифрового шаблона после каждой удачной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из самых захватывающих инноваций нашего периода! Она обеспечивает интеракцию со телефоном комфортнее чем до этого, и такие аппы, как vulkan russia, могут значительно повысить ваш юзерский 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 функционирует эта методика изнутри, – сумеете осознаннее определять свой очередной устройство!