Каким образом работает определение лиц в мобильных устройствах

Для чего мы предпочитаем разблокирование по фейсу

В прошлые годы распознавание лиц стало одной из самых распространённых опций для деблокировки смартфонов. Еще несколько лет назад большинство юзеров довольствовались пин-кодами, паролями или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением таких технологий, например вулкан россия, нам вполне просто взглянуть на экран — и аппарат тут же узнает своего владельца.

Какая вещь делает эту конкретную особенность настолько популярной? Во-первых, это комфортно: не нужно удерживать в памяти замысловатые пароли или находить правильный палец в тьме. Во-вторых, это мгновенно: современные программы идентифицируют лицо фактически за мгновения ока. В-третьем пункте, это чувство футуристичности — будто в кинолентах про вулкан казино агентов.

Впрочем за этой на первый взгляд простотой таится полный универсум трудных методов и инженерных разработок. Попробуем исследовать, как точно действует идентификация по лицу в современных смартфонах, какие бывают методы, насколько они надёжны и что нас ждёт впереди.

Сжатая хроника развития техники

Распознавание лиц как методика имеется уже более 50 годов. Начальные пробы автоматизированного изучения лиц были сделаны еще в 1960-х годах в лабораториях США. Тогда ЭВМ умели лишь обозначать контуры головы и вычислять расстояния между глазами и устами на черно-белых изображениях.

Изначальные бизнес системы возникли в девяностых годах, но они были далеки от совершенства: действовали неспешно и часто давали сбои. Только с развитием искусственных сетей и таких платформ, как вулкан россии, мощных мобильных процессоров идентификация лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

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

Ключевые этапы функционирования системы определения

Процесс распознавания лица можно ориентировочно разделить на несколько ключевых этапов:

Распознавание лица — камера распознает присутствие людского образа в изображении.
Извлечение признаков — механизм изучает контуры физиономии: очертания глаз, носа, уст, расположение бровей.
Построение структуры — создаётся особенный цифровой отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
Сравнение с эталоном — полученный шаблон сопоставляется со записанной при учёте биометрической сведениями владельца.
Принятие выбора — если совпадение достаточно значительное, смартфон разблокируется.

Всякий из данных этапов нуждается в особых методов и улучшений для скорой работы прямо на устройстве.

Технические составляющие: что скрыто в их недрах

Обычная селфи камера.

Простейший простой вариант идентификации лица задействует только лицевую камеру мобильного устройства. Такой способ реализован во многочисленных бюджетных вариантах Android-девайсов.

Положительные стороны:

Необходимо требует внешних сенсоров.
Быстро действует при качественном освещении.

Слабые стороны:

Несложно одурачить изображением или видеозаписью.
Неправильно работает при слабом свете или непривычных точках зрения.

ИК камера и пунктирный проекционный аппарат

Более продвинутые системы, такие как вулкан россии, используют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта самая техпроцесс составляет базу Face ID от Apple.

Каким способом это работает:

Точечный проектор проецирует на лицо юзера невидимую сетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID задействует около 30 000 пятен).
Инфракрасная устройство регистрирует деформацию данной решетки по поверхности лица.
Получается трехмерная глубинная карта глубинности, которая почти что неосуществима для подделки обычной фотографией или маской.

Преимущества

Надёжная деятельность даже в полной тьме.
Высокая устойчивость к подделкам.
Точность распознавания выше 99%.

Дополнительные датчики

В определённых устройствах используются также вспомогательные сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют время прохождения света до объекта и обратно; Цветные-датчики дальности; специальные оптические измерители расстояния для построения более аккуратной 3D-модели лица.

Эти технологии используются в основном во флагманских моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные процедуры: синтетический разум на исполнении

Нынешние устройства опознания лиц неосуществимы без эксплуатации ИИ и машинного обучения. Именно благодаря таким технологиям, как вулкан россии, устройство способно узнавать пользователя даже при изменениях внешности: новая стрижка, растительность на лице, очки или макияж не становятся препятствием для деблокировки.

Обнаружение лиц

В начальном шаге система необходимо быстро распознать образ лица среди всего снимка камеры. Для этого задействуются последовательные классификаторы Хаара или более продвинутые конволюционные нейронные сети (CNN), которые подготовлены распознавать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN способен обнаруживать лицо даже в случае частичном закрытии (например, шалью или рукой).

Выделение важных аспектов

После идентификации лица устройство, такая как вулкан россии, устанавливает расположение ключевых точек: кончики глаз, конец носа, края губ и так далее. Часто используется от 68 до 128 основных точек на лицевой поверхности.

Это нужно для стабилизации изображения: если человек находится с мобильник под наклоненным, или повернул головку, программа исправляет картинку до стандартного положения для последующего изучения.

Создание биометрического идентификатора шаблона

Далее нейросеть строит сжатое математическое представление (« эмбеддинг ») облика пользователя — своеобразный цифровой образ внешности длиной от 128 до 512 чисел с плавающей запятой.

Данный образец очень сложно имитировать: он не удерживает непосредственно фото юзера, а лишь уникальные черты его вида, что делает его идеальным для таких систем, как vulkan russia.

Сопоставление и осуществление выбора

В случае, когда человек желает разблокировать смартфон взглядом, система осуществляет все описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает определённый порог (обычно выше 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, разблокируется; если нет — доступ запрещается.

Привыкание к метаморфозам внешнего вида

Увлекательная особенность нынешних систем — способность самостоятельного обучения. Если вы постоянно открываете мобильное устройство с свежей укладкой или оптикой, алгоритм постепенно обновляет основной шаблон вашего внешности для повышения точности работы без ухудшения безопасности.

Защита биометрических данных информации.

Множество клиенты боятся хранить свои биометрические данные на смартфоне из-за угрозы утечки информации или взлома устройства. Определенные организации, вроде vulkan russia, предлагают методы для повышения безопасности данных пользователей.

Локальное сохранение: Основная часть девайсов записывает биометричные модели только внутрь защищённого процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные ни разу не не выходят из устройство и не доступны даже производителю.
Шифрование: Все информация сберегаются только в зашифрованном виде с использованием актуальных криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция приложений: Приложения третьих девелоперов не имеют непосредственного доступа к биометрическим данным; они могут лишь запрашивать подтверждение верификации личности через системный API.

Необходимо подчеркнуть важную особенность: если кто-либо сможет получить физический доступ к вашему телефону (например, пока вы спите), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество компании реализуют меры безопасности от автоматического разблокирования — например, требуют разомкнуть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют виды распознавания лиц?

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

Софтверное двухмерное определение

Применяется только фронтальная видеокамера без вспомогательных детекторов глубины. Этот подход наблюдается обычно в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: простота осуществления; умеренная затраты; быстрая работа при хорошем освещении.
Минусы: просто одурачить фотографией; нестабильная работа ночью; слабая охрана.

Оборудование для объёмное сканирование

Применяет ИК камеру + проекционный модуль пикселей + датчики дистанции (Face ID от Apple; аналогичные технологии у Huawei Mate).
Достоинства: высокая надежность; нельзя исказить фото/видео; устойчивая деятельность при любом освещении.
Минусы: увеличение цены устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (« чёлка »)

Смешанные методы с ИИ-дополнением

Используют комбинацию софтверных методов + аппаратно-техническую обработку + дополнительную обработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (« anti-spoofing »). Например, подобные товары, например вулкан россии и Google Pixel Face Unlock последних поколений, сочетают фронталку c инфракрасным сенсором движения Soli Radar для предотвращения от подделок руками/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Образцы эксплуатации различных способов

iPhone серии X/11/12/13/14 применяют только аппаратное трёхмерное 3D-сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые предложил аналог Face ID среди Android.
Samsung Galaxy S10/S20 имеют как программное двухмерное идентификацию по снимку селфи-камерой, так и сканер глазного ириса.
Huawei Mate20 Pro применяет комплекс из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-сенсор

Проблемы безопасности и ошибочные сигналы

Несмотря на впечатляющий прогресс инноваций за прошедшие годы, безупречных систем пока не существует:

Шанс обмана: Доступные телефоны без труда доступны четкой снимком владельца либо роликом с экрана другого устройства.
Идентичные близнецы: Даже самые совершенные механизмы могут ошибиться между однояйцевыми близнецами либо родичами с очень схожей внешностью.
Метаморфозы внешнего вида: Стремительное утрата веса/увеличение массы тела, косметические процедуры или травмы порой необходимы для повторной регистрации биометрических данных.
Условия записи: Интенсивная подсветка солнечным светом или же глубокая тень могут уменьшить точность распознавания признаков.

Ниже пара рекомендаций по безопасному эксплуатации:

Для важных операций всегда применяйте дополнительную аутентификацию;
Не запускайте опцию « Разблокировка по лицу » на бюджетных устройствах без ИК-сенсоров;
Постоянно обновляйте ПО смартфона для обеспечения безопасности от современных угроз;
Включайте настройку « Требовать распахнутых глаз » везде, где она имеется.

В каких областях ещё применяется технологии за исключением мобильных телефонов?

Хотя предмет данной работы касается в частности смартфонам и планшетам, следует отметить альтернативных областях использования технологии:

Управление доступа в деловых центрах и резиденциях;
Платёжные терминалы финансовых учреждений (« Face Pay »);
Цифровые паспорта нового типа;
Установки видеоконтроля муниципальных служб;
Автоматизация регистрации явки учебных заведений/университетов;
Вход юзеров компьютеров/ноутбуков.

Например: В московском метро уже проверяется система оплаты проезда по фейсу (« Face Pay ») — достаточно пройти через турникет без пластика или мобильника! Похожие программы осуществляются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Каким способом меняется технология сегодня?

Каждый годочек возникают свежие мысли для повышения стандарта работы систем идентификации лиц:

Увеличивается детализация датчиков — чем больше элементов фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше вероятность ошибки;
Развиваются искусственные интеллекты — современные конструкции типа MobileNetV3 обеспечивают возможность оперативно адаптироваться к дополнительным чертам вида пользователя непосредственно на девайсе без отправки данных в облако.
Улучшаются технологии антиспуфинга — теперь смартфоны способны отличать подлинные анимированные облики от фиксированных снимков/маскировок по незаметным движениям кожи.
Синхронизация со умными устройствами — умные часы могут автоматически заблокировать мобильный телефон, если обладатель удалился на значительное расстояние.
Проявляются комбинированные системы — например совмещающие аудио опознание + лицо + пальцевой отпечаток.

Вот, которые тренды в особенности популярны сейчас:

1) Уменьшение элементов

Производители стараются минимизировать размер прорези (« чёлки ») под датчики на экране за счёт встраивания миниатюрных ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработка прямо на устройстве

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

3) Унификация стандартов

Google энергично продвигает стандарт BiometricPrompt API, для того чтобы такие платформы, вроде вулкан россия, и любые Android-аппы могли работать с всеми формами биометрии единообразно.

Что подобрать на сегодня?

Если тебе важна предельная защита данных, остановите выбор на флагманские модели с интегрированным ИК-излучателем либо ToF-датчиком глубины.

iPhone всех существующих последних версий
Huawei Partner/P ряда
Xiaomi Expert
Vivo X серии
Oppo Find Х линейки.

Если средства скромен – лучше предпочесть традиционным средствам защиты (PIN-код/сканер пальца), а возможность « разблокировка по лицу », такую как в вулкан россия, использовать только как опциональную возможность комфорта.

Каким способом увеличить комфорт функционирования возможности?

Есть пара лайфхаков для тех, кто уже пользуется разблокировку по лицу:

Регулярно меняйте свою изображение-шаблон, если сильно изменяется внешность.
Не упускайте из виду протирать линзу передней камеры – пятна могут понизить четкость!
Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате мобильник сам запускает камеру как только вы поднимаете его.
В процессе регистрации постарайтесь удерживать лицо ровно напротив объектива не допуская сильного наклона головы.
Используйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает мобильное устройство, если вы отворачиваетесь от дисплея.

Будущее прогресса техники

В ближайшие годы можно предполагать развития полностью бесконтактных способов распознавания индивидуума сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: облик + речь + шаги + жесты рук!

Также предполагается развитие новых способов обеспечения личной информации – к примеру, динамическое модификация цифрового образца после каждой результативной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из самых интересных техник нашего эпохи! Она предоставляет интеракцию со телефоном проще чем раньше, и такие приложения, как vulkan russia, могут существенно улучшить ваш опыт, но нуждается в внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, если вы знаете, как работает эта технология внутри, – будете в состоянии более осмысленно выбирать свой следующий устройство!