Каким образом работает распознавание лицевых образов в телефонах

Почему мы выбираем разблокирование по фейсу

В последние годы распознавание физиономий является одной из самых распространённых возможностей для деблокировки мобильных телефонов. Еще несколько лет тому назад большинство пользователей удовлетворялись пин-кодами, ключами доступа или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением таких технологий, например Вулкан Платинум, нам вполне лишь взглянуть на экран — и устройство тут же опознает своего владельца.

Какая вещь делает эту конкретную особенность такой востребованной? Для начала, это удобно: не нужно помнить сложные пароли или отыскивать правильный палец в мраке. Кроме того, это оперативно: современные алгоритмы идентифицируют лицо буквально за доли секунды. В-третьем пункте, это впечатление футуристичности — как будто в кинолентах про вулкан платинум шпионов.

Однако за этой на первый взгляд легкостью скрывается полный вселенная трудных технологий и инженерных концепций. Позвольте нам понять, как точно работает распознавание лиц в новейших смартфонах, какие бывают способы, насколько они защищены и что нас ожидает в будущем.

Короткая история эволюции техники

Идентификация лиц как технология существует уже более пятидесяти лет. Первые эксперименты автоматического изучения лица были сделаны еще в 1960-х годах в исследовательских центрах США. Тогда ЭВМ умели лишь обозначать очертания головы и измерять промежутки между очами и ртом на ахроматических снимках.

Начальные бизнес платформы стали доступны в 1990-х годах, но они были несовершенны: функционировали медленно и часто ошибались. Только с эволюцией искусственных сетей и таких платформ, как Vulkan Platinum, сильных мобильных микросхем идентификация лиц стало по-настоящему массовым явлением.

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

Главные этапы работы системы определения

Процесс распознавания лица можно условно сегментировать на несколько ключевых этапов:

Распознавание лиц — устройство выявляет наличие человеческого лица в кадре.
Извлечение признаков — алгоритм изучает контуры физиономии: очертания глаз, носа, уст, положение бровей.
Построение модели — создаётся уникальный цифровой отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
Сравнение с образцом — полученный модель сопоставляется с зафиксированной при регистрации биометрической данными владельца.
Принятие выбора — если совпадение достаточно высокое, смартфон разблокируется.

Каждый из указанных шагов требует особых алгоритмов и оптимизаций для быстрой работы непосредственно на девайсе.

Аппаратные элементы: что скрыто в их недрах

Обычная фронтальная камера.

Простейший несложный способ идентификации физиономии использует лишь переднюю видеокамеру смартфона. Такой способ реализован во многочисленных бюджетных моделях Android-устройств.

Сильные стороны:

Не требует дополнительных сенсоров.
Шустро работает при качественном свете.

Минусы:

Несложно одурачить изображением или видеозаписью.
Неудачно работает при слабом освещённости или необычных точках зрения.

Инфракрасная фотокамера и точечный проектор

Более усовершенствованные системы, такие как Vulkan Platinum, применяют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта техпроцесс является основой Face ID от Apple.

Каким образом это работает:

Точечный проектор отображает на физиономию юзера невидимую сетку из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID использует около 30 000 точек).
ИК камера фиксирует деформацию данной решетки по поверхности лица.
Получается 3D глубинная карта глубины, что почти что неподвластна для фальсификации обычной фотографией или маской.

Плюсы

Надёжная деятельность даже в полной тьме.
Сильная сопротивляемость к фальсификациям.
Точность распознавания выше 99%.

Дополнительные сенсорные устройства

В отдельных девайсах используются также экстра датчики: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют время движения луча до цели и обратно; Цветные-датчики глубины; специальные оптические лидары для создания более детализированной 3D-модели лица.

Эти инновации применяются в основном во передовых моделях Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные методы: искуственный ум на работе

Современные устройства идентификации лиц немыслимы в отсутствие эксплуатации artificial intelligence и машинного обучения. Именно из-за таким инновациям, как Vulkan Platinum, аппарат может узнавать юзера даже при трансформациях облика: новая причёска, борода, очки или косметика не становятся препятствием для деблокировки.

Распознавание физиономии

При первом стадии алгоритм должна оперативно распознать образ лица в пределах целого снимка камеры. Для этой задачи применяются многоуровневые классификаторы Хаара или более современные конволюционные нейронные сети (CNN), которые подготовлены находить лица людей среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN может находить физиономию даже в случае неполном перекрытии (например, шалью или рукой).

Выделение важных точек

После обнаружения лица механизм, такая как Vulkan Platinum, устанавливает местоположение ключевых точек: края глаз, верхушка носа, контуры губ и так далее. Обычно задействуется от 68 до 128 основных меток на лицевой поверхности.

Это требуется для выравнивания визуала: если пользователь держит мобильник под наклоном, или наклонил голову, программа исправляет картинку до обычного угла для последующего изучения.

Формирование биометрического идентификатора образца

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

Данный образец весьма затруднительно подделать: он не хранит непосредственно изображение пользователя, а лишь исключительные особенности его внешности, что делает его идеальным для таких площадок, как Вулкан Казино Платинум.

Сравнительный анализ и вынесение заключения

Если юзер желает разлочить смартфон взором, система воспроизводит все указанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если схожесть превышает установленный границу (обычно больше 99%), телефон, как и платформа Вулкан Казино Платинум, открывается; если нет — доступ запрещается.

Приспособление к трансформациям облика

Интересная характеристика актуальных систем — возможность самообучения. Если вы постоянно доступаете к смартфон с новой стрижкой или очками, программа постепенно освежает эталонный шаблон вашего облика для улучшения точности функционирования без ухудшения безопасности.

Защита биометрии информации.

Множество пользователи опасаются держать свои биометрические идентификационные данные на смартфоне из-за риска утечки информации или хакерской атаки. Определенные компании, вроде Вулкан Казино Платинум, предлагают методы для улучшения защиты сведений клиентов.

Локальное сохранение: Большинство устройств сохраняет биометричные модели только внутри защищённого чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не выходят из устройство и не доступны даже создателю.
Шифрование: Все данные сберегаются только в шифрованном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция программ: Программы сторонних разработчиков не имеют непосредственного доступа к биометрическим данным; они могут лишь запрашивать подтверждение подтверждения идентичности через системный API.

Необходимо отметить важную подробность: в случае, если кто-то сможет получить физический доступ к вашему телефону (например, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие производители осуществляют меры безопасности от неосознанного разблокирования — например, просят разомкнуть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие существуют имеются категории идентификации лиц?

В настоящее время можно выделить три главных способа к реализации этой функции:

Программируемое 2D идентификация

Применяется только фронтальная видеокамера без экстра датчиков глубины. Этот способ используется обычно в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: несложность осуществления; низкая стоимость; скоростная деятельность при хорошем свете.
Минусы: несложно обмануть фотографией; неустойчивая работа ночью; слабая безопасность.

Оборудование для 3D оцифровка

Задействует инфракрасную камеру + проектор точек + сенсоры дистанции (Face ID от Apple; аналогичные технологии у Huawei Mate).
Достоинства: высокая надёжность; невозможно обмануть фото/видео; стабильная работа при любом освещении.
Минусы: увеличение цены устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Комбинированные способы с ИИ-дополнением

Применяют комбинацию софтверных методов + техническую обработку + дополнительную обработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные товары, как Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock последних поколений, объединяют фронтальную камеру c инфракрасным датчиком движения Soli Radar для предотвращения от подделок жестами/масками/видеоэкранами посторонних устройств.

Иллюстрации применения разнообразных методов

iPhone модели X/11/12/13/14 используют только физическое трёхмерное сканирование в 3D
Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые внедрил аналог Face ID в числе Android.
Samsung Galaxy S10 модель/S20 имеют как софтверное двухмерное распознавание по фото фронталкой, так и сенсор радужки глаза.
Huawei Mate20 Pro использует систему из ИК-подсветки + Dot Projector + ToF-датчик

Вопросы защиты и ложные тревоги

Несмотря на поразительный прогресс технологий за недавние лет, идеальных механизмов пока не существует:

Возможность мошенничества: Бюджетные смартфоны легко доступны высококачественной снимком пользователя или же видеозаписью с дисплея иного гаджета.
Идентичные двойняшки: Даже самые безупречные механизмы могут ошибиться между монозиготными близнецами либо родственниками с очень похожей внешностью.
Изменения облика: Стремительное утрата веса/увеличение массы тела, пластические операции или травмы порой требуют перерегистрации биометрических данных.
Условия фотографирования: Сильная засветка солнцем либо плотная затенение могут снизить аккуратность распознавания признаков.

Ниже некоторые подсказок для безопасному применению:

Для значимых операций всегда используйте двухфакторную аутентификацию;
Не включайте возможность “Разблокировка по лицу” на дешёвых моделях без ИК-сенсоров;
Постоянно обновляйте прошивку прошивку телефона для защиты от новых видов атак;
Включайте функцию “Требовать открытых глаз” там, где она доступна.

В каких областях также применяется технология кроме мобильных телефонов?

Пускай предмет данной работы касается именно мобильным устройствам, необходимо сказать о альтернативных областях использования технологии:

Мониторинг входа в деловых центрах и многоквартирных зданиях;
Платёжные терминалы банков (“Face Pay”);
Виртуальные идентификационные документы современного типа;
Установки видеомониторинга городских подразделений;
Автоматизирование отслеживания присутствия учебных заведений/вузов;
Авторизация юзеров компьютеров/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже тестируется система оплаты проезда по лицу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через барьер без карты или мобильника! Схожие программы развиваются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Каким способом меняется технология в наше время?

Всякий год проявляются свежие концепции для усовершенствования уровня работы систем лицевого распознавания:

Увеличивается чёткость сенсоров — чем больше деталей фиксируется фотоаппаратом/датчиками глубины, тем меньше вероятность неточности;
Развиваются искусственные интеллекты — современные конструкции вида MobileNetV3 дают возможность скоростно осваивать новым чертам внешности пользователя напрямую на гаджете без отправки данных в облако.
Развиваются методы антиспуфинга — теперь мобильные устройства способны различать подлинные живые лица от статичных фотографий/маскировок по мельчайшим микродвижениям.
Интеграция со умными устройствами — умные часы могут самостоятельно блокировать телефон, если владелец отошёл далеко.
Появляются гибридные механизмы — в частности совмещающие голосовую идентификацию + лицо + дактилоскопический след.

Вот, какие тренды в особенности востребованы сейчас:

1) Миниатюризация деталей

Производители намереваются минимизировать габариты выреза (“чёлки”) для сенсоры на дисплее за счёт внедрения маленьких ИК-проекторов прямо под поверхность дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Переработка прямо на девайсе

Для увеличения приватности всё больше вычислений осуществляется на месте без передачи данных во сторонний облачный сервис.

3) Унификация стандартов

Гугл энергично продвигает норму BiometricPrompt API, для того чтобы подобные площадки, вроде Вулкан Платинум, и любые Android-аппы были совместимы с различными типами биометрии унифицированно.

Какое выбрать сегодня?

Когда тебе необходима наивысшая защита данных, подбирайте топовые устройства с интегрированным ИК-проектором или же ToF-датчиком глубины.

iPhone всех новейших поколений
Huawei Partner/Series P ряда
Mix Expert
Vivo X линейки
Оппо Обнаружить X линейки.

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

Как улучшить комфорт использования возможности?

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

Периодически меняйте свою фотографию-шаблон, если сильно меняется облик.
Не пренебрегайте чистить объектив фронтальной камеры – разводы могут уменьшить четкость!
Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – в результате мобильник сам запускает фотоаппарат когда вы берёте его в руки.
Во время регистрации пытайтесь сохранять лицевую часть неподвижно напротив объектива без резкого наклона головы.
Используйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает смартфон, если вы отворачиваетесь от экрана.

Возможности эволюции техники

В ближайшие времена можно ожидать возникновения полностью бесконтактных способов идентификации индивидуума сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: физиономия + голос + шаги + манипуляции руками!

Также предполагается появление современных подходов защиты конфиденциальности – к примеру, изменяющееся изменение диджитал шаблона после каждой результативной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – единственная из самых интересных инноваций нашего эпохи! Она предоставляет взаимодействие со смартфоном комфортнее чем до этого, и такие программы, как Вулкан Казино Платинум, могут в разы оптимизировать ваш юзерский опыт, но запрашивает осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, раз вы знаете, как функционирует эта система в деталях, – будете в состоянии вдумчиво определять свой очередной устройство!