Каким способом работает идентификация лиц в смартфонах

Для чего мы выбираем разблокировку по фейсу

В прошлые годы идентификация лиц превратилось в одной из наиболее востребованных возможностей для открытия умных телефонов. Еще некоторые годов ранее основная часть юзеров обходились PIN-кодами, секретными кодами или датчиками отпечатков пальцев. Но при появлением таких технологий, как вулкан россия, нам достаточно просто взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Какой аспект превращает эту особенность такой востребованной? Во-первых, это практично: не нужно помнить замысловатые пароли или искать правильный палец в темноте. Также, это быстро: современные программы узнают лицо фактически за доли секунды. В-третьих, это чувство футуристичности — как будто в фильмах про вулкан автомат шпионов.

Тем не менее за такой видимой несложностью прячется весь универсум сложных техник и инженерных концепций. Попробуем исследовать, как именно работает распознавание лиц в новейших гаджетах, какие применяются способы, насколько они защищены и что нас ждёт впереди.

Короткая повествование прогресса технологии

Идентификация лиц как техника присутствует уже более 50 годов. Начальные эксперименты автоматического анализа лица были осуществлены еще в 1960-х годы в исследовательских центрах США. Тогда компьютеры могли лишь обозначать очертания головы и определять расстояния между зрачками и устами на черно-белых снимках.

Изначальные торговые установки стали доступны в девяностых годах, но они были неидеальны: работали медленно и нередко ошибались. Только с прогрессом синтетических сетей и таких площадок, как вулкан россии, высокопроизводительных мобильных процессоров определение лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый популярный смартфон с безопасным трёхмерным распознаванием лица. За ним последовали Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали внедрять свои решения.

Ключевые шаги функционирования системы распознавания

Процесс идентификации лица можно примерно сегментировать на несколько ключевых этапов:

1. Идентификация лица — аппарат выявляет существование людского лица в снимке.
2. Извлечение особенностей — алгоритм анализирует особенности лица: очертания зрительных органов, носа, уст, расположение надбровных дуг.
3. Построение модели — создаётся уникальный электронный отпечаток (faceprint) на основе выделенных признаков.
4. Сравнение с образцом — созданный модель сверяется со сохранённой при внесении биометрической информацией владельца.
5. Принятие определения — если совпадение достаточно высокое, смартфон разблокируется.

Любой из данных стадий нуждается в особых алгоритмов и улучшений для оперативной работы прямо на устройстве.

Железные компоненты: что находится в их недрах

Стандартная селфи камера.

Наиболее несложный метод идентификации физиономии задействует только фронтальную видеокамеру мобильного устройства. Данный способ осуществлён во многих бюджетных моделях Android-устройств.

Плюсы:

• Не требует дополнительные датчиков.
• Шустро действует при хорошем свете.

Минусы:

• Несложно обмануть снимком или видео.
• Неправильно работает при плохом свете или нестандартных точках зрения.

Инфракрасная фотокамера и пунктирный проекционный аппарат

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

Как это действует:

• Точечный устройство проекции проецирует на облик юзера невидимую сетку из тысяч инфракрасных точек (например, Face ID задействует около 30 000 меток).
• Инфракрасная устройство фиксирует искривление этой решетки по поверхности лица.
• Формируется трёхмерная карта глубины, которая почти что неподвластна для имитации типичной фото или маскировкой.

Преимущества

• Надёжная функционирование даже в полной неосвещённости.
• Сильная сопротивляемость к имитациям.
• Точность распознавания более 99%.

Дополнительные сенсорные устройства

В определённых устройствах задействуются также вспомогательные сенсорные устройства: ToF (Time-of-Flight), которые определяют время прохождения луча до цели и обратно; Трехцветные-датчики глубины; специальные лазерные лидары для создания более точной 3D-модели лица.

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

Компьютерные алгоритмы: искуственный разум в работе

Современные устройства идентификации лиц невозможны в отсутствие эксплуатации ИИ и машинного обучения. Именно вследствие таким инновациям, как вулкан россии, устройство в состоянии идентифицировать пользователя даже при метаморфозах облика: новая стрижка, борода, линзы или грим не становятся препятствием для разблокировки.

Детектирование лица

При первом этапе программа необходимо мгновенно распознать лицо внутри всего снимка с камеры. Для этого применяются каскадные классификаторы Хаара или более продвинутые сверточные нейронные сети (CNN), которые подготовлены находить лица людей среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN в состоянии обнаруживать физиономию даже в случае частичном закрытии (например, шарфом или ладонью).

Выделение ключевых моментов

После распознавания лица устройство, такая как вулкан россии, устанавливает положение главных точек: уголки глаз, верхушка носа, края губ и так далее. Обычно задействуется от 68 до 128 основных точек на лице.

Это действие нужно для нормализации визуала: если человек находится с мобильник под наклоненным, или склонил головку, программа исправляет картинку до нормального состояния для последующего изучения.

Построение биометрии модели

Далее нейросеть строит уплотненное цифровое представление (“эмбеддинг”) лица пользователя — своеобразный цифровой образ внешности длиной от 128 до 512 чисел с плавающей запятой.

Такой шаблон очень сложно имитировать: он не сохраняет непосредственно фото пользователя, а лишь исключительные черты его облика, что делает его совершенным для таких площадок, как vulkan russia.

Сопоставление и вынесение выбора

Если юзер хочет разблокировать телефон взором, программа воспроизводит все указанные шаги заново и сверяет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Адаптация к трансформациям внешнего вида

Увлекательная характеристика нынешних систем — возможность самостоятельного обучения. Если ты часто разблокируете телефон с обновленной стрижкой или очками, программа постепенно обновляет основной шаблон вашего облика для улучшения точности функционирования без ухудшения безопасности.

Охрана биометрических данных информации.

Большинство пользователи опасаются держать свои биометрические идентификационные данные на телефоне из-за риска утечки информации или взлома устройства. Некоторые организации, вроде vulkan russia, предлагают варианты для повышения безопасности данных юзеров.

• Локальное хранение: Основная часть аппаратов записывает биометрические шаблоны только внутри защищённого микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они никогда не оставляют аппарат и закрыты включая изготовителю.

• Шифрование: Все сведения хранятся только в кодированном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция приложений: Программы третьих разработчиков не имеют прямого доступа к биометрическим данным; они могут лишь запрашивать факт подтверждения идентичности через системный API.

Стоит отметить важную подробность: если какой-то человек сможет получить доступ к вашему телефону физически (к примеру, во время сна), теоретически возможно разблокировать устройство поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество изготовители реализуют систему защиты от автоматического разблокирования — например, требуют разомкнуть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие имеются типы идентификации лиц?

Сегодня можно различить три основных метода к выполнению этой задачи:

Программируемое двухмерное определение

Эксплуатируется только передняя видеокамера без экстра сенсоров глубины. Подобный способ наблюдается обычно в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: простота реализации; минимальная затраты; скоростная работа при качественном свете.
Минусы: просто обмануть фотографией; неустойчивая работа ночью; слабая безопасность.

Аппаратное 3D сканирование

Применяет инфракрасную камеру + проекционный модуль пикселей + датчики дистанции (Face ID у Apple; аналогичные технологии у Huawei Mate).
Достоинства: большая надежность; нельзя исказить изображение/видеозапись; устойчивая работа при любом освещении.
Минусы: повышение стоимости устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные способы с дополнением ИИ

Применяют комбинацию софтверных методов + аппаратную обработку + последующую обработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие изделия, как вулкан россии и Google Pixel Face Unlock новейших версий, сочетают фронталку c ИК сенсором движения Soli Radar для защиты от подделок руками/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Иллюстрации эксплуатации различных техник

• iPhone модели X/11/12/13/14 используют только аппаратное трёхмерное сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз внедрил аналог Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10/S20 имеют как программное обеспечение 2D распознавание по изображению селфи-камерой, так и датчик глазного ириса.
• Huawei Mate20 Pro задействует систему из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-датчик

Вопросы защиты и ошибочные сигналы

Несмотря на впечатляющий развитие технологий за последние лет, совершенных систем пока не наблюдается:

1. Вероятность обмана: Бюджетные смартфоны легко “разблокируются” четкой изображением владельца или же видеозаписью с дисплея иного гаджета.
2. Идентичные двойняшки: Даже самые безупречные системы могут ошибиться между монозиготными близнецами либо семьями с очень схожей внешностью.
3. Изменения внешности: Резкое утрата веса/увеличение массы тела, косметические процедуры либо травмы в некоторых случаях необходимы для обновления данных биометрии.
4. Условия съёмки: Интенсивная подсветка солнечным светом или интенсивная тень могут понизить аккуратность идентификации признаков.

Здесь некоторые рекомендаций по надёжному эксплуатации:

• Для критически важных операций всегда применяйте дополнительную аутентификацию;
• Не запускайте функцию “Разблокировка по лицу” на недорогих моделях без ИК-сенсоров;
• Постоянно обновляйте прошивку программное обеспечение смартфона для предотвращения угроз от современных угроз;
• Включайте функцию “Требовать раскрытых глаз” там, где она имеется.

Где ещё применяется технология помимо смартфонов?

Несмотря на то, что тема нашей работы посвящена именно портативным гаджетам, необходимо сказать о прочих направлениях внедрения технологии:

• Контроль доступа в офисах и многоквартирных зданиях;
• Платёжные терминалы банков (“Face Pay”);
• Виртуальные идентификационные документы современного образца;
• Системы видеомониторинга городских служб;
• Автоматизирование регистрации присутствия школ/университетов;
• Вход участников компьютеров/ноутбуков.

Например: В московском метро уже тестируется система платежа проезда по фейсу (“Face Pay”) — хватит пройти через турникет без пластика или мобильника! Похожие инициативы осуществляются в Китае (Шэньчжэнь), Республике Корея и ряде стран Европы.

Каким образом изменяется техпроцесс сегодня?

Всякий годочек возникают современные концепции для усовершенствования качества деятельности систем лицевого распознавания:

1. Увеличивается детализация сенсоров — чем больше информации фиксируется видеокамерой/глубинными сенсорами, тем меньше риск неточности;
2. Совершенствуются нейросети — новейшие архитектуры типа MobileNetV3 позволяют скоростно обучаться свежим характеристикам вида пользователя непосредственно на девайсе без отправки данных в облако.
3. Улучшаются способы антиспуфинга — теперь телефоны способны отличать подлинные живые лица от статичных фотографий/масок по микроскопическим движениям кожи.
4. Интеграция со умными устройствами — умные часы могут авто закрыть доступ к смартфон, если пользователь ушёл далеко.
5. Возникают гибридные системы — к примеру совмещающие речевую опознание + облик + пальцевой отпечаток.

Здесь, какие тренды особенно актуальны на сегодняшний день:

1) Уменьшение деталей

Компании пытаются уменьшить размер выреза (“чёлки”) для датчики на дисплее за счёт интеграции маленьких ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на устройстве

Для повышения личной безопасности всё более расчётов выполняется на месте без пересылки данных во сторонний облачный сервис.

3) Унификация стандартов

Google интенсивно продвигает стандарт BiometricPrompt API, с целью чтобы аналогичные площадки, например как вулкан россия, и каждые Android-программы могли взаимодействовать с различными типами биометрии единообразно.

Какое решить на сегодня?

В случае если вам нужна максимальная сохранность данных, подбирайте флагманские устройства со встроенным ИК-проектором либо ToF-датчиком глубины.

• iPhone каждого последних поколений
• Huawei Partner/P серии
• Mi Professional
• Vivo X серии
• Оппо Обнаружить Икс серии.

Если бюджет ограничен – лучше предпочесть классическим методам защиты (PIN-код/сканер отпечатка), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, задействовать только как второстепенную возможность комфорта.

Каким образом увеличить удобство использования возможности?

Есть пара хитростей для пользователей, кто уже использует функцию распознавания лица:

1. Регулярно обновляйте свою изображение-шаблон, если сильно меняется внешний вид.
2. Не упускайте из виду чистить линзу фронтальной камеры – пятна могут снизить точность!
3. Включайте опцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего мобильник сам включает камеру как только вы берёте его в руки.
4. В процессе записи пытайтесь держать лицо неподвижно напротив камеры не допуская значительного наклона головы.
5. Используйте функцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает мобильное устройство, если вы отвернулись от дисплея.

Перспективы эволюции техники

В ближайшие периоды можно предполагать возникновения полностью бесконтактных способов опознания человека сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: физиономия + звучание + шаги + жесты рук!

Также вероятно появление новых подходов защиты личной информации – скажем, переменное модификация диджитал паттерна после каждой удачной авторизации, чтобы затруднить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из очень захватывающих инноваций нашего времени! Она предоставляет интеракцию со смартфоном удобнее чем раньше, и такие приложения, как vulkan russia, могут в разы улучшить ваш юзерский опыт, но требует внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, когда вы знаете, как устроена эта технология в деталях, – сможете более осмысленно подбирать свой следующий девайс!