Как работает идентификация лиц в смартфонах

Почему мы предпочитаем разблокировку по фейсу

В последние времена распознавание физиономий является одной из наиболее востребованных функций для разблокировки умных телефонов. Лишь несколько годов ранее большинство использующих довольствовались пин-кодами, ключами доступа или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, например вулкан россия, нам достаточно лишь взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Какой аспект делает эту конкретную функцию такой востребованной? Прежде всего, это комфортно: не нужно помнить замысловатые пароли или искать нужный палец в темноте. Также, это быстро: современные алгоритмы распознают лицо практически за мгновение. В-третьих, это ощущение футуризма — будто в кинофильмах про вулкан автомат разведчиков.

Однако за этой кажущейся простотой скрывается весь универсум сложных методов и инженерных разработок. Давайте разобраться, как именно работает распознавание лиц в современных гаджетах, какие существуют способы, насколько они защищены и что нас ожидает в будущем.

Краткая хроника прогресса инноваций

Распознавание лиц как техника имеется уже более 50 лет. Изначальные попытки машинного анализа лица были предприняты еще в 1960-х годы в исследовательских центрах США. Тогда ЭВМ умели лишь выделять контуры черепа и определять расстояния между зрачками и губами на ахроматических снимках.

Изначальные бизнес платформы стали доступны в 1990-х годах, но они были несовершенны: работали медленно и часто давали сбои. Только с прогрессом синтетических сетей и таких площадок, как вулкан россии, мощных мобильных чипов определение 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 достоверным трёхмерным сканированием лица. За ним пошли Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали интегрировать собственные разработки.

Ключевые шаги работы устройства распознавания

Процесс идентификации лица можно ориентировочно разделить на несколько основных этапов:

1. Распознавание лиц — камера распознает наличие гуманного лица в снимке.
2. Определение характеристик — механизм анализирует контуры лица: форму зрительных органов, носа, губ, позицию бровей.
3. Построение структуры — создаётся уникальный виртуальный отпечаток (faceprint) на основе выделенных признаков.
4. Сравнение со образцом — сформированный шаблон сверяется с записанной при учёте биометрической сведениями владельца.
5. Принятие определения — если совпадение достаточно существенное, смартфон разблокируется.

Любой из данных этапов требует индивидуальных методов и улучшений для быстрой работы прямо на устройстве.

Аппаратные компоненты: что скрыто внутри

Типичная селфи камера.

Простейший несложный вариант идентификации лица задействует лишь переднюю камеру смартфона. Подобный способ внедрён во многих недорогих вариантах Android-девайсов.

Преимущества:

• Не требует дополнительных сенсоров.
• Шустро функционирует при качественном свете.

Слабые стороны:

• Легко одурачить фотографией или видео.
• Неудачно действует при низком освещённости или необычных точках зрения.

Инфракрасная фотокамера и точечный проектор

Более усовершенствованные системы, такие как вулкан россии, применяют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Данная методика составляет базу Face ID от Apple.

Каким образом это действует:

• Точечный проектор проецирует на физиономию юзера невидимую сетку из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID задействует около 30 000 меток).
• Инфракрасная устройство регистрирует изменение формы данной решетки по плоскости лица.
• Формируется трехмерная карта глубинности, которая почти неподвластна для имитации обычной фотографией или маской.

Плюсы

• Надёжная деятельность даже в полной неосвещённости.
• Высокая сопротивляемость к фальсификациям.
• Точность идентификации более 99%.

Дополнительные датчики

В некоторых девайсах задействуются также вспомогательные датчики: ToF (Time-of-Flight), которые определяют время движения света до цели и обратно; Трехцветные-датчики глубины; специальные оптические измерители расстояния для создания более детализированной 3D-модели лица.

Эти инновации применяются в основном во топовых устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные процедуры: искуственный ум на действии

Текущие механизмы идентификации лиц немыслимы без применения artificial intelligence и machine learning. Именно благодаря таким инновациям, как вулкан россии, аппарат в состоянии узнавать пользователя даже при изменениях облика: новая укладка, щетина, линзы или макияж не становятся барьером для деблокировки.

Распознавание лица

На стартовом этапе алгоритм должна оперативно обнаружить ликовое изображение внутри целого снимка с камеры. Для данной цели используются многоуровневые классификаторы Хаара или более новейшие конволюционные нейронные сети (CNN), которые натренированы находить лиц человека среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN способен распознавать физиономию даже в случае частичном закрытии (например, шалью или рукой).

Выделение основных точек

После обнаружения лица устройство, такая как вулкан россии, вычисляет положение основных точек: кончики глаз, кончик носа, границы губ и так далее. Как правило задействуется от 68 до 128 ключевых точек на лицевой области.

Данное требуется для выравнивания изображения: если пользователь держит телефон под наклоненным, или наклонил головку, программа корректирует изображение до нормального состояния для дальнейшего анализа.

Создание биометрии модели

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

Этот формат очень сложно подделать: он не удерживает само картинку пользователя, а лишь исключительные особенности его внешности, что делает его идеальным для таких платформ, как vulkan russia.

Сопоставление и вынесение выбора

Если пользователь намеревается разлочить мобильник глазами, система повторяет все описанные шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает заданный границу (обычно превышает 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, открывается; если нет — доступ запрещается.

Приспособление к трансформациям внешнего вида

Интересная характеристика нынешних систем — возможность самообучения. Если вы постоянно разблокируете мобильное устройство с новой укладкой или очками, система постепенно обновляет основной шаблон вашего лица для увеличения точности действия без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрии данных.

Многие клиенты боятся держать свои биометрические идентификационные данные на смартфоне из-за риска потери данных или хакерской атаки. Определенные организации, вроде vulkan russia, предлагают методы для повышения безопасности информации юзеров.

• Локальное сбережение: Основная часть аппаратов хранит биометричные шаблоны исключительно внутри защищённого процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они никогда не оставляют устройство и не доступны в том числе производителю.

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

• Изоляция приложений: Приложения третьих девелоперов не имеют прямого возможности доступа к биометрическим; они могут лишь запрашивать факт подтверждения личности через системный API.

Необходимо упомянуть значимую подробность: в случае, если кто-либо достанет доступ к вашему телефону физически (к примеру, во время сна), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство производители внедряют защиту от неосознанного разблокирования — например, просят раскрыть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют типы распознавания лиц на изображениях?

На сегодняшний день можно определить определить 3 основных способа к выполнению этой операции:

Софтверное двухмерное распознавание

Используется только лицевая видеокамера без дополнительных детекторов дистанции. Этот способ используется чаще всего в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: простота воплощения; низкая цена; оперативная функционирование при достаточном свете.
Минусы: несложно ввести в заблуждение снимком; нестабильная деятельность ночью; низкая безопасность.

Техническое объёмное оцифровка

Использует инфракрасную камеру + проектор точек + сенсоры дистанции (Face ID у Apple; аналогичные технологии у Huawei Mate).
Плюсы: значительная достоверность; невозможно обмануть изображение/видеозапись; устойчивая работа в любых условиях освещения.
Минусы: увеличение цены устройства; наращивание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные способы с дополнением ИИ

Задействуют комбинацию софтверных методов + аппаратную обработку + дополнительную обработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие продукты, например вулкан россии и Google Pixel Face Unlock последних версий, сочетают фронталку c инфракрасным датчиком мобильности Soli Radar для предотвращения от фальсификаций жестами/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Примеры эксплуатации различных методов

• iPhone серии X/11/12/13/14 используют только аппаратное трёхмерное сканирование в 3D
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые предложил подобие Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10 модель/S20 обеспечивают как софтверное двухмерное определение по фото селфи-камерой, так и датчик глазного ириса.
• Huawei Mate20 Pro задействует систему из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-сенсор

Трудности безопасности и ложные сигналы

Несмотря на поразительный прогресс техники за последние лет, совершенных механизмов пока не наблюдается:

1. Возможность мошенничества: Доступные мобильники без труда открываются четкой снимком хозяина либо роликом с экрана другого устройства.
2. Идентичные двойняшки: Даже самые совершенные механизмы могут перепутать между монозиготными близнецами либо семьями с очень схожей внешностью.
3. Трансформации облика: Стремительное снижение веса/увеличение массы тела, пластические операции или травмы иногда требуют перерегистрации биометрии.
4. Условия съёмки: Сильная засветка солнечным светом либо плотная тень могут понизить точность идентификации признаков.

Вот несколько подсказок по защищённому эксплуатации:

• Для критически важных операций всегда используйте двухфакторную аутентификацию;
• Не активируйте возможность “Разблокировка по лицу” на недорогих устройствах без ИК-сенсоров;
• Постоянно апгрейдите прошивку телефона для предотвращения угроз от новых видов атак;
• Включайте настройку “Требовать распахнутых глаз” там, где она есть.

Где дополнительно применяется технология за исключением смартфонов?

Пускай предмет нашей статьи касается именно портативным гаджетам, следует отметить других сферах применения технологии:

• Мониторинг входа в деловых центрах и многоквартирных зданиях;
• Платёжные аппараты банков (“Face Pay”);
• Виртуальные удостоверения личности современного образца;
• Комплексы видеоконтроля городских подразделений;
• Автоматизирование отслеживания присутствия школ/университетов;
• Авторизация юзеров компьютеров/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже проверяется система платежа проезда по фейсу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через барьер без карты или мобильника! Аналогичные программы осуществляются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Каким способом трансформируется технический процесс в нынешнее время?

Всякий годик возникают свежие концепции для повышения уровня работы систем идентификации лиц:

1. Увеличивается детализация датчиков — чем больше деталей фиксируется камерой/глубинными сенсорами, тем меньше шанс неточности;
2. Совершенствуются искусственные интеллекты — новейшие конструкции модели MobileNetV3 позволяют скоростно осваивать новым чертам облика пользователя напрямую на гаджете без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Совершенствуются способы антиспуфинга — теперь смартфоны могут распознавать подлинные движущиеся лица от фиксированных фото/маскировок по мельчайшим микродвижениям.
4. Синхронизация со умными устройствами — умные часы могут автоматически заблокировать смартфон, если владелец ушёл далеко.
5. Проявляются смешанные системы — в частности совмещающие аудио идентификацию + физиономию + пальцевой отпечаток.

Итак, какие тенденции в особенности популярны сейчас:

1) Сокращение элементов

Изготовители стараются минимизировать величину выреза (“чёлки”) под сенсоры на дисплее за счёт встраивания компактных ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработка прямо на девайсе

Для увеличения приватности всё более вычислений осуществляется локально без отправки данных во внешний облачный услугу.

3) Упорядочивание стандартов

Google активно продвигает эталон BiometricPrompt API, с целью чтобы такие системы, как вулкан россия, и каждые Android-программы могли взаимодействовать с всеми формами биометрии стандартизированно.

Какое решить сегодня?

Если вам всем нужна максимальная сохранность информации, остановите выбор на топовые аппараты со встроенным ИК-излучателем или ToF-сенсором глубины.

• iPhone каждого последних моделей
• Huawei Companion/P Series линейки
• Mi Pro
• Vivo X модели
• Oppo Обнаружить X серии.

Если средства невелик – лучше предпочесть традиционным методам безопасности (PIN-код/сканер отпечатка), а возможность “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, задействовать только как опциональную опцию удобства.

Как увеличить комфорт функционирования функции?

Есть несколько лайфхаков для людей, кто уже пользуется разблокировку через лицо:

1. Часто меняйте свою изображение-шаблон, если сильно изменяется внешний вид.
2. Не пренебрегайте чистить линзу фронтальной камеры – разводы могут снизить четкость!
3. Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате мобильник сам включает камеру если вы берёте его в руки.
4. Во время регистрационного процесса пытайтесь сохранять лицо прямо напротив объектива исключая значительного наклона головы.
5. Применяйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает мобильное устройство, если вы отвели взгляд от экрана.

Перспективы эволюции техники

В предстоящие периоды можно предвкушать развития полностью дистанционных способов идентификации индивидуума сразу по нескольким биометрическим характеристикам параметрам одновременно: облик + речь + походка + манипуляции руками!

Также предполагается появление современных методов обеспечения личной информации – к примеру, динамическое изменение цифрового паттерна после каждой успешной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из очень увлекательных инноваций нашего периода! Она обеспечивает взаимодействие со мобильным устройством проще чем до этого, и такие приложения, как vulkan russia, могут существенно оптимизировать ваш пользовательский опыт, но требует осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, раз вы знаете, как устроена эта методика внутри, – сможете вдумчиво подбирать свой будущий девайс!