Как действует распознавание лицевых образов в мобильных устройствах

Зачем мы выбираем разблокировку по лицевому распознаванию

В недавние времена идентификация физиономий стало одной из самых популярных функций для разблокировки мобильных телефонов. Всего пару годков тому назад основная часть использующих довольствовались PIN-кодами, паролями или датчиками отпечатков пальцев. Но при появлением подобных технологий, как вулкан россия, нам достаточно лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Какая вещь делает эту конкретную особенность такой востребованной? Во-первых, это удобно: не нужно запоминать трудные пароли или находить нужный палец в темноте. Во-вторых, это оперативно: современные программы узнают лицо буквально за мгновения ока. В-третьем пункте, это ощущение футуризма — словно в кинолентах про казино вулкан агентов.

Впрочем за такой кажущейся легкостью скрывается полный мир трудных методов и инженерных решений. Попробуем понять, как точно действует фейсканирование в актуальных смартфонах, какие существуют способы, насколько они безопасны и что нас ожидает в будущем.

Сжатая история эволюции инноваций

Идентификация лиц как техника существует уже более пятидесяти годов. Первые эксперименты машинного изучения лиц были сделаны еще в 1960-х годах в научных учреждениях США. Тогда вычислительные машины умели лишь обозначать контуры черепа и измерять дистанции между глазами и устами на монохромных изображениях.

Начальные бизнес установки появились в 90-х, но они были неидеальны: работали медленно и часто ошибались. Только с прогрессом синтетических сетей и таких платформ, как вулкан россии, сильных мобильных чипов распознавание лиц стало по-настоящему широко распространённым явлением.

В 2017 году Apple представила iPhone X с системой Face ID — это был первый массовый смартфон с безопасным трёхмерным идентификацией лица. За этим пошли Android-изготовители: Samsung, Huawei, Xiaomi и прочие начали интегрировать личные решения.

Ключевые стадии действия устройства определения

Процесс идентификации лица можно примерно сегментировать на несколько важных этапов:

Распознавание лиц — аппарат определяет наличие людского лица в снимке.
Извлечение особенностей — система исследует особенности облика: очертания зрительных органов, носа, уст, позицию надбровных дуг.
Построение шаблона — создаётся уникальный виртуальный отпечаток (faceprint) на основе выделенных признаков.
Сравнение с образцом — полученный модель сверяется со зафиксированной при внесении биометрической данными владельца.
Принятие выбора — если соответствие достаточно высокое, смартфон деблокируется.

Каждый из этих стадий требует индивидуальных методов и улучшений для оперативной работы непосредственно на девайсе.

Аппаратные компоненты: что находится внутри

Стандартная селфи камера.

Наиболее легкий вариант определения облика задействует лишь фронтальную камеру смартфона. Данный способ внедрён во многих бюджетных вариантах Android-девайсов.

Сильные стороны:

Не нуждается в потребляет дополнительных датчиков.
Шустро действует при хорошем освещении.

Минусы:

Легко одурачить снимком или видеозаписью.
Неудачно действует при низком освещении или нестандартных ракурсах.

Инфракрасная камера и пунктирный проектор

Более совершенные системы, такие как вулкан россии, задействуют специальную инфракрасную камеру (IR) и точечный проектор (Dot Projector). Эта технология составляет базу Face ID от Apple.

Как это работает:

Точечный проектор показывает на физиономию пользователя невидимую сетку из тысяч инфракрасных меток (например, Face ID использует около 30 000 точек).
Инфракрасная камера фиксирует деформацию этой решетки по поверхности лица.
Получается трехмерная карта глубинности, что почти неосуществима для подделки обычной снимком или маскировкой.

Плюсы

Надёжная функционирование даже в полной темноте.
Большая сопротивляемость к фальсификациям.
Точность определения свыше 99%.

Дополнительные сенсоры

В определённых аппаратах задействуются также дополнительные датчики: ToF (Time-of-Flight), которые измеряют время прохождения луча до объекта и обратно; Цветные-датчики дальности; специальные оптические измерители расстояния для создания более детализированной 3D-модели лица.

Эти инновации используются наиболее часто во флагманских устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Компьютерные методы: искусственный разум на исполнении

Современные системы опознания лиц невозможны при отсутствии применения artificial intelligence и machine learning. Именно вследствие таким инновациям, как вулкан россии, устройство в состоянии идентифицировать пользователя даже при изменениях облика: новая укладка, борода, линзы или грим не становятся барьером для разблокировки.

Распознавание лица

При первом шаге система обязана мгновенно найти ликовое изображение внутри полного снимка камеры. Для этого применяются каскадные классификаторы Хаара или более современные конволюционные нейронные сети (CNN), которые “обучены” распознавать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN может распознавать физиономию даже при частичном перекрытии (например, платком или ладонью).

Идентификация важных точек

После обнаружения лица механизм, такая как вулкан россии, устанавливает местоположение основных точек: края глаз, верхушка носа, контуры губ и так далее. Обычно задействуется от 68 до 128 ключевых маркеров на лице.

Данное нужно для выравнивания визуала: если юзер находится с телефон под наклоном, или повернул головку, программа исправляет изображение до стандартного положения для последующего изучения.

Построение биометрического образца

Далее нейронная сеть строит сжатое числовое представление (“эмбеддинг”) облика пользователя — своеобразный цифровой след лица длиной от 128 до 512 чисел с плавающей запятой.

Этот образец очень затруднительно сфальсифицировать: он не удерживает само изображение пользователя, а лишь исключительные особенности его вида, что делает его идеальным для таких платформ, как vulkan russia.

Сопоставление и принятие решения

Если человек намеревается разлочить мобильник глазами, механизм осуществляет все описанные выше шаги заново и сравнивает полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает установленный уровень (обычно выше 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, разблокируется; если нет — доступ не предоставляется.

Привыкание к изменениям внешнего вида

Интересная черта современных системы — способность самообучения. Если вы часто доступаете к мобильное устройство с обновленной стрижкой или очками, система постепенно модернизирует базовый модель вашего внешности для повышения точности работы без снижения уровня безопасности.

Защита биометрических данных информации.

Многие клиенты боятся хранить свои био-идентификационные данные на смартфоне из-за риска утечки данных или хакерской атаки. Некоторые фирмы, например vulkan russia, предлагают методы для увеличения сохранности информации пользователей.

Локальное хранение: Основная часть устройств записывает биометрические шаблоны исключительно в пределах защищённого микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они всегда не покидают аппарат и недоступны включая создателю.
Шифрование: Все сведения сохраняются только в зашифрованном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.
Изоляция приложений: Программы внешних девелоперов не имеют непосредственного возможности доступа к биометрическим; они могут лишь запрашивать факт подтверждения идентичности через системный API.

Следует упомянуть значимую деталь: в случае, если кто-то сможет получить доступ к вашему телефону физически (к примеру, во время сна), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому значительное количество изготовители осуществляют защиту от автоматического разблокирования — в частности, просят разомкнуть глаза во время сканирования или использовать дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие именно бывают типы определения лиц?

В настоящее время можно выделить выделить три главных метода к выполнению этой функции:

Программное двухмерное определение

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

Достоинства: легкость воплощения; минимальная стоимость; скоростная функционирование при достаточном освещении.
Минусы: легко обмануть снимком; ненадежная функционирование ночью; недостаточная защищенность.

Оборудование для 3D сканирование

Использует инфракрасную камеру + проектор пикселей + сенсоры дистанции (Face ID от Apple; подобные решения у Huawei Mate).
Преимущества: значительная надёжность; не получится исказить изображение/видеозапись; стабильная деятельность в любых условиях освещения.
Минусы: увеличение цены устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Гибридные методы с интеграцией ИИ

Используют комбинацию софтверных методов + техническую обработку + последующую обработку нейросетями для усиления устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие продукты, например вулкан россии и Google Pixel Face Unlock новейших версий, комбинируют фронтальную камеру c инфракрасным сенсором движения Soli Radar для предотвращения от подделок жестами/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Иллюстрации эксплуатации различных способов

iPhone модели X/11/12/13/14 используют только техническое трёхмерное сканирование
Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз внедрил подобие Face ID в числе Android.
Samsung Galaxy S10 версия/S20 имеют как программное обеспечение двухмерное определение по снимку фронталкой, так и сканер глазного ириса.
Huawei Mate20 Pro задействует набор из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-сенсорный элемент

Вопросы безопасности и ложные сигналы

Несмотря на замечательный успехи технологий за прошедшие годы, безупречных системы пока не имеется:

Возможность мошенничества: Недорогие смартфоны без труда “разблокируются” качественной изображением пользователя или же роликом с экрана другого устройства.
Идентичные близнецы: Даже самые безупречные механизмы могут ошибиться между однояйцевыми близнецами либо родичами с очень схожей внешностью.
Изменения облика: Внезапное снижение веса/набор веса, хирургические вмешательства или травмы порой необходимы для перерегистрации биометрии.
Условия съёмки: Интенсивная засветка солнцем либо плотная затенение могут понизить аккуратность идентификации признаков.

Ниже пара подсказок для надёжному применению:

Для значимых операций всегда применяйте двухфакторную аутентификацию;
Не активируйте функцию “Разблокировка по лицу” на бюджетных моделях без ИК-сенсоров;
Постоянно обновляйте ПО мобильного устройства для защиты от новых видов атак;
Включайте функцию “Требовать распахнутых глаз” везде, где она есть.

В каких местах также находится применение технологии кроме смартфонов?

Хотя основная мысль этой публикации сосредоточена на конкретно мобильным устройствам, необходимо сказать о альтернативных областях использования технологии:

Мониторинг доступа в офисах и жилых домах;
Платёжные терминалы банков (“Face Pay”);
Цифровые идентификационные документы последнего типа;
Установки видеонаблюдения муниципальных сервисов;
Механизация учёта посещаемости учебных заведений/вузов;
Вход пользователей ПК/ноутбуков.

Например: В московском метро уже тестируется система платежа проезда по лицу (“Face Pay”) — достаточно пройти через барьер без пластика или телефона! Схожие проекты осуществляются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Каким образом изменяется техпроцесс в наше время?

Любой год возникают современные мысли для повышения стандарта функционирования систем распознавания лиц:

Увеличивается детализация сенсорных устройств — чем больше информации фиксируется видеокамерой/глубинными сенсорами, тем меньше вероятность погрешности;
Совершенствуются нейронные сети — современные структуры модели MobileNetV3 позволяют скоростно адаптироваться к свежим чертам внешности обладателя прямо на устройстве без отправки данных в облако.
Развиваются способы антиспуфинга — теперь смартфоны способны распознавать реальные анимированные лица от статичных снимков/масок по незаметным микродвижениям.
Интеграция со интеллектуальными приборами — умные часы могут самостоятельно заблокировать смартфон, если владелец удалился на значительное расстояние.
Появляются гибридные устройства — например объединяющие речевую опознание + физиономию + отпечаток пальца.

Вот, которые направления очень востребованы сейчас:

1) Сокращение деталей

Компании стараются сократить габариты выреза (“чёлки”) под датчики на дисплее за счёт интеграции миниатюрных ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на устройстве

Для повышения личной безопасности всё более вычислений осуществляется на месте без передачи информации во дополнительный облачный сервис.

3) Упорядочивание регламентов

Google энергично продвигает стандарт BiometricPrompt API, чтобы аналогичные площадки, вроде вулкан россия, и все Android-программы могли взаимодействовать с всеми формами биометрии единообразно.

Какое подобрать на сегодня?

В случае если тебе необходима предельная безопасность данных, подбирайте топовые устройства с интегрированным ИК-излучателем или ToF-сенсором глубины.

iPhone всех существующих актуальных версий
Huawei Partner/P Series ряда
Xiaomi Pro
Vivo X линейки
Оппо Find Икс серии.

Если бюджет ограничен – лучше выбирать классическим способам защиты (PIN-код/сканер пальца), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, применять только как дополнительную опцию удобства.

Каким способом улучшить практичность использования функции?

Есть пара советов для тех, кто уже пользуется функцию распознавания лица:

Регулярно меняйте свою фотографию-шаблон, если кардинально меняется облик.
Не забывайте очищать объектив фронтальной камеры – разводы могут понизить точность!
Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так смартфон сам включает камеру как только вы поднимаете его.
В процессе регистрационного процесса постарайтесь держать голову прямо напротив видеоустройства без резкого наклона головы.
Применяйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она блокирует мобильное устройство, если вы отвернулись от экрана.

Возможности эволюции инноваций

В ближайшие периоды можно предполагать появления полностью безконтактных способов идентификации человека сразу по нескольким биометрическим характеристикам параметрам одновременно: физиономия + голос + походка + движения рук!

Также возможно развитие современных методов обеспечения конфиденциальности – к примеру, переменное изменение цифрового образца после каждой успешной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Распознавание лиц – одна из самых интересных инноваций нашего времени! Она обеспечивает общение со смартфоном комфортнее чем когда-либо прежде, и такие приложения, как vulkan russia, могут в разы улучшить ваш опыт, но нуждается в осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, если вы осведомлены, как устроена эта технология в деталях, – будете в состоянии вдумчиво подбирать свой будущий девайс!