Как функционирует распознавание лицевых образов в телефонах

Для чего мы предпочитаем разблокирование по фейсу

В недавние годы идентификация физиономий превратилось в одной из самых распространённых опций для открытия мобильных телефонов. Лишь несколько лет назад большинство пользователей обходились пин-кодами, паролями или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, например вулкан россия, нам вполне лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Какой аспект обуславливает эту конкретную возможность такой востребованной? Прежде всего, это комфортно: не нужно запоминать трудные пароли или отыскивать верный палец в мраке. Во-вторых, это мгновенно: современные алгоритмы идентифицируют лицо буквально за доли секунды. В-третью очередь, это чувство футуристичности — как будто в фильмах про vulkan russia агентов.

Тем не менее за данной на первый взгляд простотой таится целый универсум комплексных технологий и инженерных решений. Позвольте нам разобраться, как конкретно действует распознавание лиц в современных мобильных телефонах, какие существуют методы, насколько они безопасны и что нас ждёт впереди.

Сжатая история развития инноваций

Идентификация лиц как технология присутствует уже более пятидесяти годов. Начальные пробы автоматизированного исследования облика были сделаны еще в 1960-х годы в научных учреждениях США. Тогда вычислительные машины могли лишь обозначать силуэты лица и вычислять дистанции между глазами и устами на монохромных снимках.

Изначальные бизнес системы стали доступны в 1990-х годах, но они были неидеальны: функционировали медленно и часто ошибались. Только с развитием нейронных сетей и таких площадок, как вулкан россии, сильных мобильных микросхем распознавание лиц стало по-настоящему массовым явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый массовый смартфон с надёжным трёхмерным распознаванием лица. За этим пошли Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие начали внедрять свои решения.

Ключевые стадии работы устройства определения

Процесс идентификации лица можно ориентировочно поделить на несколько ключевых этапов:

Идентификация лиц — камера выявляет существование гуманного лица в изображении.
Извлечение характеристик — механизм изучает особенности лица: конфигурацию зрительных органов, обонятельного органа, губ, положение надбровных дуг.
Построение модели — создаётся уникальный электронный отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
Сравнение с образцом — сформированный модель сравнивается с записанной при внесении биометрической информацией владельца.
Принятие решения — если сходство достаточно существенное, смартфон открывается.

Любой из этих этапов запрашивает специальных алгоритмов и усовершенствований для скорой работы непосредственно на девайсе.

Железные компоненты: что скрыто в их недрах

Стандартная селфи камера.

Наиболее легкий вариант распознавания облика задействует только переднюю камеру смартфона смартфона. Данный подход внедрён во многочисленных недорогих вариантах Android-девайсов.

Достоинства:

Не нуждается в требует внешних датчиков.
Быстро функционирует при хорошем освещении.

Слабые стороны:

Несложно одурачить снимком или видео.
Плохо работает при плохом освещении или непривычных ракурсах.

ИК камера и точечный проектор

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

Как это работает:

Точечный проектор проецирует на лицо пользователя невидимую структуру из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID задействует около 30 000 меток).
ИК камера регистрирует искривление этой решетки по поверхности физиономии.
Формируется трёхмерная глубинная карта глубинности, что почти что неподвластна для подделки стандартной фотографией или маскировкой.

Плюсы

Надёжная функционирование даже в полной темноте.
Высокая устойчивость к подделкам.
Точность определения выше 99%.

Дополнительные датчики

В некоторых девайсах используются также вспомогательные сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют период движения света до цели и обратно; Трехцветные-датчики глубины; специальные оптические лидары для формирования более аккуратной 3D-модели физиономии.

Эти технологии применяются чаще всего во топовых аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные процедуры: синтетический ум в действии

Современные устройства распознавания лиц неосуществимы в отсутствие использования ИИ и машинного обучения. Именно из-за таким технологиям, как вулкан россии, гаджет способно идентифицировать пользователя даже при изменениях внешнего вида: новая укладка, щетина, оптика или макияж не становятся препятствием для разблокировки.

Детектирование лиц

При стартовом стадии программа обязана быстро найти лицо внутри целого изображения с камеры. Для этого используются многоуровневые классификаторы Хаара или более современные сверточные нейронные сети (CNN), которые “обучены” идентифицировать человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN может распознавать лицо даже в случае частичном закрытии (например, платком или рукой).

Определение ключевых моментов

После идентификации лица устройство, такая как вулкан россии, определяет положение главных точек: кончики глаз, кончик носа, края губ и так далее. Часто применяется от 68 до 128 основных точек на лицевой области.

Это необходимо для выравнивания визуала: если юзер держит мобильник под наклоном, или повернул голову, программа корректирует картинку до нормального состояния для последующего изучения.

Формирование биометрического идентификатора образца

Далее искусственная сеть строит уплотненное числовое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой образ внешности длиной от 128 до 512 вещественных чисел.

Данный образец очень трудно имитировать: он не удерживает само изображение юзера, а лишь исключительные черты его внешности, что делает его оптимальным для таких площадок, как vulkan russia.

Сравнительный анализ и осуществление решения

Если человек хочет открыть телефон глазами, механизм воспроизводит все шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если схожесть превышает заданный уровень (обычно больше 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, доступен; если нет — доступ не предоставляется.

Привыкание к метаморфозам внешности

Интересная характеристика современных систем — возможность самостоятельного обучения. Если вы регулярно доступаете к смартфон с обновленной стрижкой или очками, система постепенно обновляет основной шаблон вашего облика для улучшения точности функционирования без ухудшения безопасности.

Безопасность биометрических данных данных.

Многие клиенты беспокоятся держать свои био-идентификационные данные на телефоне из-за риска потери данных или взлома устройства. Определенные фирмы, например vulkan russia, предлагают методы для увеличения защиты информации клиентов.

Локальное сбережение: Большинство аппаратов сохраняет био-идентификационные шаблоны лишь внутрь защищённого процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не выходят из аппарат и недоступны в том числе производителю.
Шифрование: Все данные сберегаются только в кодированном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция приложений: Программы внешних разработчиков не имеют непосредственного возможности доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать подтверждение подтверждения личности через системный API.

Необходимо подчеркнуть значимую подробность: в случае, если какой-то человек достанет доступ к вашему телефону физически (к примеру, во время сна), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество изготовители внедряют защиту от неосознанного разблокирования — к примеру, требуют открыть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно имеются категории идентификации лиц?

В настоящее время можно определить выделить 3 основных метода к осуществлению этой функции:

Софтверное плоское распознавание

Эксплуатируется только фронтальная камера без вспомогательных детекторов глубины. Подобный подход используется чаще всего в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: несложность осуществления; низкая затраты; скоростная деятельность при достаточном свете.
Минусы: легко обмануть снимком; ненадежная работа ночью; недостаточная защищенность.

Аппаратное объёмное сканирование

Задействует инфракрасную камеру + проекционный модуль точек + сенсоры глубины (Face ID у Apple; аналогичные технологии у Huawei Mate).
Плюсы: высокая достоверность; не получится обмануть изображение/видеозапись; постоянная деятельность в любых условиях освещения.
Минусы: увеличение цены устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Гибридные методы с ИИ-дополнением

Применяют комбинацию софтверных методов + аппаратную обработку + дополнительную обработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, подобные товары, как вулкан россии и Google Pixel Face Unlock современных версий, объединяют фронталку c ИК датчиком движения Soli Radar для защиты от фальсификаций руками/масками/видеоэкранами посторонних устройств.

Иллюстрации использования разнообразных техник

iPhone серии X/11/12/13/14 применяют только физическое трёхмерное сканирование в 3D
Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз представил подобие Face ID в ряду Android.
Samsung Galaxy S10 модель/S20 поддерживают как программное обеспечение двухмерное распознавание по фото селфи-камерой, так и датчик радужки глаза.
Huawei Mate20 Pro задействует набор из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Проблемы безопасности и ложные тревоги

Несмотря на замечательный развитие инноваций за прошедшие лет, идеальных механизмов пока не имеется:

Вероятность обмана: Недорогие смартфоны без труда “разблокируются” высококачественной снимком хозяина либо видеозаписью с экрана другого устройства.
Идентичные близняшки: Даже самые безупречные системы могут спутать между однояйцевыми близнецами либо родственниками с очень аналогичной внешностью.
Изменения внешности: Резкое снижение веса/набор веса, пластические операции либо травмы порой необходимы для повторной регистрации биометрических данных.
Условия фотографирования: Яркая подсветка солнцем или плотная тень могут уменьшить верность распознавания признаков.

Вот пара советов для защищённому эксплуатации:

Для важных операций всегда применяйте дополнительную аутентификацию;
Не включайте функцию “Разблокировка по лицу” на дешёвых аппаратах без ИК-сенсоров;
Систематически обновляйте программное обеспечение смартфона для обеспечения безопасности от новых видов атак;
Включайте функцию “Требовать открытых глаз” везде, где она есть.

Где ещё находится применение технологии помимо мобильных телефонов?

Несмотря на то, что тема этой публикации касается именно портативным гаджетам, следует отметить прочих направлениях внедрения технологии:

Управление входа в офисах и жилых домах;
Платёжные терминалы финансовых учреждений (“Face Pay”);
Виртуальные идентификационные документы нового образца;
Установки видеоконтроля муниципальных подразделений;
Механизация отслеживания присутствия образовательных учреждений/университетов;
Авторизация юзеров компьютеров/ноутбуков.

Например: В городском метро уже проверяется система платежа проезда по лицу (“Face Pay”) — хватит пройти через турникет без пластика или мобильника! Аналогичные проекты реализуются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Каким образом изменяется технология сегодня?

Всякий годик проявляются новые мысли для улучшения уровня функционирования систем распознавания лиц:

Увеличивается чёткость сенсорных устройств — чем больше информации фиксируется камерой/датчиками глубины, тем меньше риск погрешности;
Совершенствуются искусственные интеллекты — современные структуры вида MobileNetV3 дают возможность скоростно адаптироваться к новым характеристикам вида пользователя непосредственно на девайсе без отправки данных в облако.
Развиваются технологии антиспуфинга — теперь смартфоны умеют отличать реальные движущиеся лица от фиксированных фотографий/маскировок по незаметным движениям кожи.
Интеграция со интеллектуальными приборами — смарт-часы могут самостоятельно закрыть доступ к телефон, если обладатель отошёл далеко.
Появляются комбинированные механизмы — к примеру совмещающие голосовую опознание + облик + пальцевой отпечаток.

Итак, какие направления в особенности актуальны сейчас:

1) Миниатюризация деталей

Компании пытаются уменьшить габариты прорези (“чёлки”) для сенсоры на экране за счёт внедрения маленьких ИК-проекторов прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработка прямо на аппарате

Для повышения личной безопасности всё больше обработки данных осуществляется внутри устройства без пересылки данных во внешний облачный сервис.

3) Унификация регламентов

Google интенсивно продвигает эталон BiometricPrompt API, с целью чтобы аналогичные площадки, например как вулкан россия, и любые Android-программы могли взаимодействовать с любыми видами биометрии унифицированно.

Что подобрать сегодня?

Если вам всем необходима наивысшая сохранность данных, подбирайте топовые устройства с интегрированным ИК-излучателем или же ToF-датчиком глубины.

iPhone всех последних моделей
Huawei Partner/P Series ряда
Mix Expert
Vivo X модели
Оппо Обнаружить Х линейки.

Если финансы невелик – лучше выбирать традиционным способам безопасности (PIN-код/сканер пальца), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, использовать только как дополнительную возможность удобства.

Как увеличить удобство использования опции?

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

Периодически обновляйте свою фотографию-шаблон, если значительно изменяется внешность.
Не пренебрегайте очищать объектив передней камеры – разводы могут понизить точность!
Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так телефон сам активирует фотоаппарат когда вы берёте его в руки.
При записи постарайтесь держать лицо ровно напротив видеоустройства не допуская резкого наклона головы.
Используйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она закрывает смартфон, если вы отворачиваетесь от дисплея.

Перспективы прогресса техники

В скоро наступающие годы можно ожидать возникновения полностью бесконтактных способов опознания человека сразу по нескольким биометрическим характеристикам параметрам одновременно: облик + звучание + манера ходьбы + жесты рук!

Также возможно появление современных методов защиты конфиденциальности – например, переменное модификация электронного образца после каждой удачной авторизации, чтобы усложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из очень захватывающих технологий нашего времени! Она делает взаимодействие со телефоном удобнее чем до этого, и такие аппы, как vulkan russia, могут существенно оптимизировать ваш пользовательский опыт, но запрашивает осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, если вы понимаете, как функционирует эта технология в деталях, – сможете осознаннее определять свой следующий гаджет!