Каким образом действует идентификация лицевых образов в мобильных устройствах

Зачем мы останавливаемся на разблокирование по лицевому распознаванию

В последние годы распознавание лиц является одной из наиболее востребованных опций для разблокировки смартфонов. Лишь несколько годов ранее основная масса юзеров удовлетворялись пин-кодами, ключами доступа или датчиками отпечатков пальцев. Но с появлением подобных технологий, как вулкан россия, нам достаточно лишь взглянуть на экран — и устройство тут же узнает своего владельца.

Что обуславливает данную возможность настолько популярной? Прежде всего, это удобно: не нужно запоминать сложные пароли или искать верный палец в тьме. Во-вторых, это мгновенно: современные алгоритмы распознают лицо фактически за мгновения ока. В-третьем пункте, это ощущение будущего — будто в кинофильмах про vulkan russia разведчиков.

Впрочем за данной видимой легкостью прячется целый универсум комплексных техник и инженерных решений. Попробуем исследовать, как конкретно действует фейсканирование в новейших смартфонах, какие бывают технологии, насколько они защищены и что нас ждёт впереди.

Краткая хроника эволюции техники

Распознавание лиц как техника присутствует уже более 50 лет. Начальные попытки автоматизированного изучения облика были предприняты еще в 1960-х годы в лабораториях США. Тогда вычислительные машины умели лишь определять контуры лица и вычислять промежутки между очами и устами на монохромных изображениях.

Первые бизнес платформы появились в девяностых годах, но они были далеки от совершенства: действовали неспешно и часто ошибались. Только с прогрессом синтетических сетей и таких площадок, как вулкан россии, высокопроизводительных мобильных микросхем распознавание лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В две тысячи семнадцатом году Apple выпустила iPhone X с системой Face ID — это был первый широкодоступный смартфон с безопасным трёхмерным распознаванием лица. За ним пошли Android-производители: Samsung, Huawei, Xiaomi и другие стали интегрировать личные разработки.

Ключевые стадии функционирования механизма распознавания

Процесс определения лица можно условно разделить на несколько основных этапов:

Идентификация лиц — камера распознает присутствие человеческого лица в снимке.
Извлечение характеристик — механизм анализирует особенности лица: очертания глаз, носа, губ, позицию надбровных дуг.
Построение структуры — создаётся особенный электронный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
Сравнение с эталоном — сформированный шаблон сверяется со записанной при учёте биометрической сведениями владельца.
Принятие выбора — если соответствие достаточно значительное, смартфон деблокируется.

Каждый из этих этапов требует особых процедур и оптимизаций для оперативной работы прямо на устройстве.

Аппаратные составляющие: что прячется внутри них

Обычная фронтальная камера.

Простейший простой вариант распознавания облика применяет исключительно переднюю видеокамеру смартфона. Подобный способ реализован во многих доступных вариантах Android-девайсов.

Сильные стороны:

Не нуждается в нуждается в дополнительных датчиков.
Шустро работает при качественном свете.

Отрицательные стороны:

Просто обмануть изображением или видео.
Неудачно действует при низком освещении или нестандартных точках зрения.

Инфракрасная камера и точечный проектор

Более совершенные системы, такие как вулкан россии, задействуют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта самая техпроцесс является основой Face ID от Apple.

Каким способом это работает:

Точечный проектор отображает на облик использующего невидимую сетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID применяет около 30 000 точек).
Инфракрасная устройство регистрирует искривление данной сетки по плоскости физиономии.
Создаётся трёхмерная карта глубины, что практически невозможна для имитации стандартной фотографией или маскировкой.

Плюсы

Надёжная деятельность даже в полной неосвещённости.
Высокая сопротивляемость к подделкам.
Точность распознавания выше 99%.

Дополнительные сенсорные устройства

В некоторых аппаратах применяются также дополнительные датчики: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют период распространения луча до предмета и обратно; RGB-датчики глубины; специальные лазерные дальномеры для создания более детализированной 3D-модели лица.

Эти технологии используются в основном во топовых устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Программные алгоритмы: синтетический интеллект в действии

Нынешние системы опознания лиц невозможны в отсутствие применения искусственного интеллекта и machine learning. Именно из-за таким разработкам, как вулкан россии, гаджет в состоянии узнавать пользователя даже при метаморфозах облика: новая причёска, борода, очки или грим не становятся помехой для деблокировки.

Обнаружение лица

На стартовом шаге алгоритм должна оперативно обнаружить образ лица внутри всего кадра с камеры. Для данной цели задействуются многоуровневые классификаторы Хаара или более новейшие сверточные нейронные сети (CNN), которые подготовлены находить человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: алгоритм MTCNN способен обнаруживать лицо даже при неполном перекрытии (например, шалью или рукой).

Идентификация важных моментов

После идентификации лица устройство, такая как вулкан россии, вычисляет расположение ключевых точек: края глаз, верхушка носа, контуры губ и так далее. Часто применяется от 68 до 128 основных меток на лицевой области.

Это необходимо для нормализации визуала: если пользователь удерживает мобильник под наклоненным, или склонил головку, программа исправляет изображение до обычного угла для последующего изучения.

Создание биометрического модели

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

Этот формат весьма затруднительно имитировать: он не сохраняет непосредственно изображение пользователя, а лишь исключительные особенности его вида, что делает его идеальным для таких площадок, как vulkan russia.

Сравнительный анализ и вынесение выбора

Если пользователь намеревается разблокировать мобильник глазами, программа осуществляет все указанные шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Привыкание к трансформациям облика

Увлекательная особенность современных системы — возможность самостоятельного обучения. Если вы регулярно доступаете к телефон с обновленной стрижкой или очками, система постепенно модернизирует основной шаблон вашего лица для повышения точности работы без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрических информации.

Большинство клиенты беспокоятся сохранять свои био-идентификационные данные на мобильном устройстве из-за риска утечки данных или хакерской атаки. Определенные фирмы, например vulkan russia, предоставляют методы для повышения сохранности информации пользователей.

Локальное сохранение: Основная часть устройств записывает биометричные модели исключительно в пределах защищённого процессора Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они ни разу не не оставляют устройство и недоступны в том числе создателю.
Шифрование: Все сведения сберегаются только в шифрованном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция программ: Программы сторонних разработчиков не имеют прямого доступа к биометрическим; они могут лишь требовать факт верификации идентичности через системный API.

Стоит подчеркнуть существенную деталь: в случае, если кто-либо достанет физический доступ к вашему телефону (например, во время сна), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому многие компании осуществляют систему защиты от автоматического разблокирования — в частности, требуют раскрыть глаза во время сканирования или задействовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно существуют виды распознавания лиц на изображениях?

Сегодня можно выделить выделить 3 ключевых способа к реализации этой операции:

Софтверное двухмерное идентификация

Применяется только фронтальная камера без вспомогательных датчиков дистанции. Этот способ встречается чаще всего в недорогих моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Плюсы: простота реализации; умеренная стоимость; оперативная работа при достаточном освещении.
Минусы: легко одурачить фотографией; ненадежная работа ночью; слабая охрана.

Аппаратное 3D сканирование

Использует инфракрасную камеру + проекционный модуль точек + датчики дистанции (Face ID у Apple; аналогичные решения у Huawei Mate).
Плюсы: значительная достоверность; нельзя исказить фото/видео; устойчивая работа в любых условиях освещения.
Минусы: увеличение цены устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Смешанные методы с интеграцией ИИ

Применяют комбинацию софтверных методов + аппаратную обработку + дополнительную обработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие продукты, например вулкан россии и Google Pixel Face Unlock новейших поколений, сочетают фронтальную камеру c ИК сенсором движения Soli Radar для защиты от подделок жестами/масками/видеоэкранами чужих устройств.

Примеры использования разнообразных способов

iPhone модели X/11/12/13/14 задействуют только техническое трёхмерное сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз внедрил подобие Face ID среди Android.
Samsung Galaxy S10 версия/S20 поддерживают как программное обеспечение двухмерное определение по снимку фронталкой, так и сенсор радужки глаза.
Huawei Mate20 Pro задействует систему из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-датчик

Проблемы защиты и ложные тревоги

Несмотря на замечательный развитие инноваций за последние лет, совершенных механизмов пока не имеется:

Шанс подвоха: Доступные смартфоны просто “разблокируются” четкой изображением хозяина или видеозаписью с дисплея иного гаджета.
Идентичные близнецы: Даже самые совершенные системы могут ошибиться между однояйцевыми близнецами либо семьями с очень аналогичной внешностью.
Трансформации внешнего вида: Стремительное снижение веса/набор веса, пластические операции или травмы порой необходимы для перерегистрации биометрических данных.
Условия фотографирования: Яркая освещённость солнечным светом или же глубокая темнота могут уменьшить аккуратность определения признаков.

Вот пара подсказок для безопасному использованию:

Для важных операций всегда внедряйте двухэтапную аутентификацию;
Не запускайте опцию “Разблокировка по лицу” на недорогих моделях без ИК-сенсоров;
Регулярно обновляйте прошивку ПО телефона для предотвращения угроз от актуальных атак;
Включайте функцию “Требовать распахнутых глаз” в тех местах, где она есть.

Где дополнительно используется технология кроме мобильных телефонов?

Пускай основная мысль данной публикации сосредоточена на конкретно мобильным устройствам, стоит упомянуть о альтернативных областях использования технологии:

Контроль входа в офисах и многоквартирных зданиях;
Платёжные терминалы банков (“Face Pay”);
Цифровые паспорта нового поколения;
Комплексы видеомониторинга муниципальных сервисов;
Автоматизирование учёта явки учебных заведений/институтов;
Вход участников компьютеров/ноутбуков.

Например: В столичном метро уже испытывается система оплаты проезда по лицу (“Face Pay”) — достаточно пройти через турникет без пластика или телефона! Похожие инициативы реализуются в Поднебесной (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Каким способом изменяется технология сегодня?

Каждый год проявляются современные мысли для повышения качества деятельности систем лицевого распознавания:

Увеличивается разрешение сенсорных устройств — чем больше информации фиксируется камерой/глубинными сенсорами, тем меньше вероятность погрешности;
Улучшаются искусственные интеллекты — передовые архитектуры типа MobileNetV3 позволяют быстро обучаться дополнительным чертам вида владельца прямо на устройстве без отправки данных в облако.
Развиваются методы антиспуфинга — теперь смартфоны умеют отличать настоящие анимированные лица от неподвижных фото/маскировок по незаметным микродвижениям.
Интеграция со умными устройствами — интеллектуальные часы могут самостоятельно заблокировать телефон, если владелец отошёл далеко.
Проявляются комбинированные устройства — к примеру совмещающие речевую опознание + лицо + пальцевой отпечаток.

Итак, которые тренды в особенности актуальны в данный момент:

1) Сокращение компонентов

Компании стараются сократить величину прорези (“чёлки”) для сенсоры на экране за счёт интеграции маленьких ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Переработка прямо на аппарате

Для улучшения конфиденциальности всё больше обработки данных происходит на месте без передачи данных во внешний облачный услугу.

3) Стандартизация норм

Google энергично продвигает эталон BiometricPrompt API, чтобы такие системы, например как вулкан россия, и все Android-программы могли взаимодействовать с различными типами биометрии стандартизированно.

Что подобрать на сегодня?

В случае если вам всем важна максимальная защита информации, выбирайте передовые модели с интегрированным ИК-излучателем либо ToF-сенсором глубины.

iPhone всех существующих актуальных версий
Huawei Partner/P Series ряда
Xiaomi Pro
Vivo X модели
Oppo Find X линейки.

Если финансы ограничен – лучше выбирать обычным способам безопасности (PIN-код/сканер отпечатка), а функцию “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, применять только как опциональную возможность удобства.

Каким образом увеличить практичность использования опции?

Есть некоторые лайфхаков для пользователей, кто уже применяет функцию распознавания лица:

Регулярно обновляйте свою фото-шаблон, если значительно меняется облик.
Не забывайте чистить линзу фронтальной камеры – загрязнения могут понизить точность!
Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – вследствие чего мобильник сам запускает камеру если вы поднимаете его.
В процессе записи пытайтесь держать лицо ровно напротив камеры без резкого наклона головы.
Используйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает мобильное устройство, если вы отвели взгляд от экрана.

Перспективы эволюции технологии

В предстоящие времена можно предполагать возникновения полностью безконтактных способов распознавания персоны сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: физиономия + голос + походка + движения рук!

Также вероятно возникновение свежих способов защиты личной информации – например, изменяющееся изменение цифрового шаблона после каждой успешной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – единственная из наиболее увлекательных техник нашего эпохи! Она делает интеракцию со смартфоном удобнее чем раньше, и такие программы, как vulkan russia, могут существенно улучшить ваш опыт, но требует внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, если вы понимаете, как устроена эта технология в деталях, – сумеете осознаннее выбирать свой будущий гаджет!