Каким образом функционирует распознавание лицевых образов в телефонах

Почему мы выбираем разблокирование по лицевому распознаванию

В прошлые времена распознавание физиономий превратилось в одной из самых распространённых опций для разблокировки умных телефонов. Еще некоторые годков ранее основная часть пользователей удовлетворялись PIN-кодами, паролями или датчиками отпечатков пальцев. Но при появлением таких технологий, например Вулкан Платинум, нам вполне лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Какая вещь обуславливает эту конкретную функцию очень нужной? Для начала, это комфортно: не нужно удерживать в памяти трудные пароли или находить правильный палец в темноте. Кроме того, это мгновенно: современные программы идентифицируют лицо фактически за мгновения ока. В-третьем пункте, это ощущение будущего — как будто в кинолентах про вулкан платинум разведчиков.

Однако за этой видимой простотой прячется целый универсум комплексных техник и инженерных решений. Давайте разобраться, как конкретно работает идентификация по лицу в современных гаджетах, какие существуют методы, насколько они безопасны и что нас ожидает в будущем.

Краткая история эволюции технологии

Идентификация лиц как методика существует уже более 50 годов. Первые эксперименты автоматизированного анализа лиц были предприняты еще в 1960-х годах в научных учреждениях США. Тогда компьютеры могли лишь выделять силуэты черепа и измерять промежутки между глазами и ртом на ахроматических фотографиях.

Первые торговые установки появились в девяностых годах, но они были далеки от совершенства: функционировали медленно и часто давали сбои. Только с развитием нейронных сетей и таких систем, как Vulkan Platinum, мощных мобильных процессоров распознавание лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

В 2017 году Apple презентовала iPhone X с системой Face ID — это был первый массовый смартфон с безопасным трёхмерным идентификацией лица. За ним пошли Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие стали интегрировать личные разработки.

Ключевые этапы действия механизма распознавания

Процесс идентификации лица можно условно сегментировать на несколько основных этапов:

1. Обнаружение лица — камера распознает существование людского лица в изображении.
2. Определение особенностей — система исследует черты лица: конфигурацию зрительных органов, обонятельного органа, губ, положение надбровных дуг.
3. Построение структуры — создаётся особенный виртуальный отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение с образцом — созданный шаблон сопоставляется со зафиксированной при внесении биометрической данными владельца.
5. Принятие выбора — если соответствие достаточно значительное, смартфон разблокируется.

Любой из этих этапов нуждается в индивидуальных методов и усовершенствований для скорой работы непосредственно на девайсе.

Железные составляющие: что скрыто внутри

Стандартная фронтальная камера.

Самый простой вариант распознавания физиономии применяет только переднюю видеокамеру смартфона. Данный метод реализован во различных бюджетных вариантах Android-девайсов.

Положительные стороны:

• Необходимо потребляет дополнительные датчиков.
• Оперативно функционирует при достаточном свете.

Слабые стороны:

• Несложно одурачить изображением или видео.
• Неправильно работает при плохом освещённости или необычных ракурсах.

Инфракрасная камера и точечный проекционный аппарат

Более продвинутые системы, такие как Vulkan Platinum, применяют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Данная технология лежит в основе Face ID от Apple.

Как это функционирует:

• Точечный устройство проекции отображает на лицо использующего невидимую структуру из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID использует около 30 000 точек).
• ИК устройство записывает искривление данной сетки по поверхности лица.
• Создаётся 3D карта глубины глубинности, что почти неосуществима для подделки типичной фото или маскировкой.

Плюсы

• Надёжная работа даже в полной тьме.
• Высокая сопротивляемость к фальсификациям.
• Точность идентификации более 99%.

Дополнительные сенсорные устройства

В отдельных девайсах задействуются также вспомогательные датчики: ToF (Time-of-Flight), которые фиксируют период распространения света до цели и обратно; Цветные-датчики дальности; специальные оптические дальномеры для построения более детализированной 3D-модели физиономии.

Эти инновации встречаются чаще всего во передовых аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Софтверные методы: синтетический разум в работе

Текущие системы опознания лиц немыслимы при отсутствии применения ИИ и machine learning. Именно благодаря таким разработкам, как Vulkan Platinum, устройство в состоянии узнавать владельца даже при трансформациях внешности: новая стрижка, щетина, очки или косметика не становятся препятствием для разблокировки.

Детектирование лица

При начальном стадии алгоритм должна быстро распознать образ лица внутри целого снимка камеры. Для данной цели задействуются последовательные классификаторы Хаара или более современные конволюционные нейронные сети (CNN), которые «обучены» идентифицировать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN может обнаруживать облик даже в случае неполном перекрытии (например, платком или рукой).

Определение важных точек

После обнаружения лица устройство, такая как Vulkan Platinum, вычисляет расположение ключевых точек: края глаз, кончик носа, границы губ и так далее. Обычно задействуется от 68 до 128 основных точек на лицевой поверхности.

Данное требуется для нормализации изображения: если пользователь находится с мобильник под наклоном, или наклонил головку, программа «выпрямляет» изображение до нормального состояния для дальнейшего анализа.

Построение биометрии шаблона

Далее искусственная сеть строит сжатое математическое представление («эмбеддинг») лица пользователя — своеобразный цифровой след лица длиной от 128 до 512 флоатов.

Такой формат весьма затруднительно имитировать: он не сохраняет непосредственно изображение юзера, а лишь уникальные характеристики его внешности, что делает его идеальным для таких систем, как Вулкан Казино Платинум.

Сопоставление и принятие решения

Если юзер желает открыть мобильник взором, программа осуществляет все описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если похожесть превышает определённый порог (обычно выше 99%), телефон, как и платформа Вулкан Казино Платинум, доступен; если нет — доступ запрещается.

Адаптация к трансформациям внешности

Интересная характеристика актуальных системы — возможность самообучения. Если ты часто открываете смартфон с обновленной укладкой или очками, программа постепенно модернизирует основной шаблон вашего лица для улучшения точности функционирования без снижения уровня безопасности.

Защита биометрии информации.

Многие пользователи беспокоятся хранить свои биометрические данные на смартфоне из-за вероятности утечки информации или взлома устройства. Определенные фирмы, такие как Вулкан Казино Платинум, предоставляют варианты для улучшения безопасности данных юзеров.

• Локальное хранение: Основная часть аппаратов хранит биометрические шаблоны лишь внутри защищенного чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Эти данные ни разу не не оставляют аппарат и недоступны в том числе создателю.

• Шифрование: Все сведения сберегаются только в зашифрованном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция программ: Программы сторонних девелоперов не имеют непосредственного возможности доступа к биометрическим; они могут лишь требовать факт верификации идентичности через системный API.

Стоит подчеркнуть важную деталь: в случае, если кто-то получит доступ к вашему телефону физически (например, пока вы спите), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие компании внедряют защиту от неосознанного разблокирования — например, заставляют раскрыть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно бывают категории идентификации лиц на изображениях?

Сегодня можно выделить 3 главных метода к осуществлению этой операции:

Программируемое плоское идентификация

Эксплуатируется только фронтальная видеокамера без экстра детекторов дистанции. Такой метод используется наиболее часто в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: простота осуществления; низкая стоимость; оперативная деятельность при достаточном свете.
Минусы: просто одурачить фотографией; неустойчивая работа ночью; недостаточная безопасность.

Оборудование для 3D сканирование

Применяет инфракрасную камеру + проектор пикселей + сенсоры дистанции (Face ID у Apple; подобные технологии у Huawei Mate).
Плюсы: значительная надёжность; нельзя обмануть изображение/видеозапись; стабильная функционирование при любом освещении.
Минусы: увеличение цены устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана («чёлка»)

Комбинированные подходы с ИИ-дополнением

Используют комбинацию программных методов + аппаратно-техническую обработку + дополнительную обработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам («anti-spoofing»). Например, подобные изделия, например Vulkan Platinum и Google Pixel Face Unlock новейших версий, комбинируют фронталку c инфракрасным сенсором движения Soli Radar для предотвращения от подделок руками/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Примеры применения различных методов

• iPhone серии X/11/12/13/14 применяют только физическое трёхмерное сканирование в 3D
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition впервые внедрил эквивалент Face ID в ряду Android.
• Samsung Galaxy S10 версия/S20 обеспечивают как программное двухмерное определение по фото фронтальной камерой, так и сканер ириса глаза.
• Huawei Mate20 Pro применяет систему из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-сенсор

Трудности защиты и ошибочные сигналы

Несмотря на поразительный развитие инноваций за прошедшие лет, безупречных механизмов пока не имеется:

1. Вероятность обмана: Недорогие смартфоны легко открываются высококачественной фотографией пользователя или видеозаписью с экрана другого устройства.
2. Идентичные близнецы: Даже самые идеальные устройства могут перепутать между однояйцевыми близнецами либо родственниками с очень аналогичной внешностью.
3. Трансформации внешности: Стремительное снижение веса/увеличение массы тела, косметические процедуры либо травмы иногда требуют перерегистрации биометрии.
4. Условия фотографирования: Интенсивная подсветка солнцем или же интенсивная тень могут снизить верность распознавания признаков.

Вот пара советов для надёжному использованию:

• Для критически важных операций всегда внедряйте дополнительную аутентификацию;
• Не запускайте функцию «Разблокировка по лицу» на недорогих моделях без ИК-сенсоров;
• Регулярно апгрейдите ПО смартфона для защиты от современных угроз;
• Включайте функцию «Требовать распахнутых глаз» в тех местах, где она доступна.

В каких местах также используется технология кроме смартфонов?

Хотя предмет нашей статьи посвящена в частности мобильным устройствам, следует отметить прочих направлениях внедрения технологии:

• Контроль входа в деловых центрах и жилых домах;
• Платёжные терминалы финансовых учреждений («Face Pay»);
• Электронные идентификационные документы последнего образца;
• Системы видеомониторинга городских сервисов;
• Автоматизирование отслеживания посещаемости школ/институтов;
• Аутентификация участников ПК/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже проверяется система платежа проезда по лицу («Face Pay») — хватит пройти через барьер без карты или телефона! Схожие программы развиваются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Каким образом меняется технический процесс в наше время?

Всякий годик появляются свежие идеи для повышения уровня функционирования систем лицевого распознавания:

1. Увеличивается чёткость датчиков — чем больше элементов фиксируется камерой/датчиками глубины, тем меньше вероятность неточности;
2. Совершенствуются искусственные интеллекты — современные конструкции вида MobileNetV3 обеспечивают возможность скоростно адаптироваться к дополнительным характеристикам вида обладателя непосредственно на девайсе без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Развиваются технологии антиспуфинга — теперь телефоны могут распознавать настоящие движущиеся лица от статичных фото/маскировок по мельчайшим микродвижениям.
4. Взаимодействие со умными устройствами — интеллектуальные часы могут авто заблокировать смартфон, если пользователь удалился на значительное расстояние.
5. Проявляются гибридные механизмы — к примеру комбинирующие речевую идентификацию + лицо + отпечаток пальца.

Итак, которые тенденции очень популярны в данный момент:

1) Уменьшение деталей

Производители пытаются уменьшить размер выреза («чёлки») для сенсоры на дисплее за счёт интеграции маленьких ИК-излучателей прямо под поверхность дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Переработка прямо на аппарате

Для улучшения приватности всё более обработки данных происходит внутри устройства без пересылки данных во сторонний облачный услугу.

3) Унификация стандартов

Google активно продвигает норму BiometricPrompt API, чтобы аналогичные системы, например как Вулкан Платинум, и все Android-программы могли взаимодействовать с всеми формами биометрии стандартизированно.

Какое подобрать сегодня?

Если вам важна предельная защита данных, подбирайте передовые аппараты с вмонтированным ИК-проектором либо ToF-датчиком глубины.

• iPhone всех существующих последних моделей
• Huawei Partner/P Series серии
• Mix Professional
• Vivo X серии
• Oppo Найти X серии.

Если финансы ограничен – лучше отдавать предпочтение обычным средствам защиты (PIN-код/сканер пальца), а возможность «разблокировка по лицу», такую как в Вулкан Платинум, применять только как второстепенную возможность удобства.

Каким способом увеличить удобство работы функции?

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

1. Регулярно обновляйте свою фото-шаблон, если кардинально меняется облик.
2. Не забывайте очищать линзу фронтальной камеры – разводы могут понизить точность!
3. Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего мобильник сам запускает камеру если вы берёте его в руки.
4. В процессе регистрации пытайтесь держать лицо неподвижно напротив объектива не допуская резкого наклона головы.
5. Применяйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает телефон, если вы отворачиваетесь от дисплея.

Возможности эволюции технологии

В предстоящие годы можно предполагать появления полностью дистанционных способов опознания человека сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: лицо + речь + манера ходьбы + жесты рук!

Также возможно возникновение свежих способов защиты конфиденциальности – например, переменное модификация электронного образца после каждой удачной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из самых увлекательных техник нашего времени! Она делает общение со мобильным устройством удобнее чем раньше, и такие приложения, как Вулкан Казино Платинум, могут в разы улучшить ваш 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 работает эта методика изнутри, – будете в состоянии более осмысленно подбирать свой будущий устройство!