Каким способом действует идентификация лиц в мобильных устройствах

Почему мы выбираем разблокирование по лицевому распознаванию

В недавние годы распознавание физиономий превратилось в одной из самых популярных опций для деблокировки смартфонов. Лишь пару годов ранее основная часть использующих обходились PIN-кодами, ключами доступа или сканерами отпечатков пальцев. Но при появлением подобных технологий, как вулкан россия, нам достаточно лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Какой аспект превращает данную возможность очень нужной? Для начала, это удобно: не нужно удерживать в памяти трудные пароли или отыскивать верный палец в темноте. Во-вторых, это быстро: современные алгоритмы распознают лицо практически за доли секунды. В-третьих, это чувство будущего — как будто в фильмах про вулкан автомат разведчиков.

Впрочем за данной кажущейся легкостью скрывается весь вселенная сложных технологий и инженерных разработок. Попробуем понять, как конкретно работает распознавание лиц в новейших гаджетах, какие бывают технологии, насколько они надёжны и что нас ожидает в будущем.

Сжатая хроника эволюции технологии

Идентификация лиц как технология присутствует уже более пятидесяти годов. Начальные эксперименты автоматизированного изучения лица были осуществлены еще в 1960-х годы в исследовательских центрах США. Тогда вычислительные машины способны были лишь определять контуры головы и измерять промежутки между очами и ртом на монохромных фотографиях.

Первые торговые системы появились в 1990-х годах, но они были далеки от совершенства: функционировали медленно и часто давали сбои. Только с прогрессом нейронных сетей и таких площадок, как вулкан россии, высокопроизводительных мобильных процессоров распознавание лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

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

Основные шаги функционирования устройства определения

Процесс идентификации лица можно условно сегментировать на несколько важных этапов:

1. Обнаружение лиц — аппарат выявляет существование человеческого лица в снимке.
2. Извлечение характеристик — механизм анализирует особенности лица: очертания зрительных органов, носа, губ, расположение бровей.
3. Построение структуры — создаётся неповторимый виртуальный отпечаток (faceprint) на основе идентифицированных признаков.
4. Сравнение со образцом — сформированный шаблон сравнивается со зафиксированной при учёте биометрической данными владельца.
5. Принятие решения — если соответствие достаточно значительное, смартфон разблокируется.

Любой из этих шагов запрашивает специальных процедур и оптимизаций для оперативной работы прямо на устройстве.

Аппаратные компоненты: что прячется в их недрах

Стандартная передняя камера.

Самый простой способ определения лица использует лишь фронтальную камеру смартфона мобильного устройства. Подобный метод внедрён во различных бюджетных версиях Android-устройств.

Сильные стороны:

• Не нуждается в нуждается в внешних сенсоров.
• Оперативно функционирует при качественном свете.

Минусы:

• Несложно обмануть изображением или роликом.
• Неудачно работает при низком освещённости или нестандартных углах обзора.

Инфракрасная фотокамера и пунктирный проектор

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

Каким образом это функционирует:

• Точечный проекционный прибор отображает на физиономию использующего невидимую решетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID применяет около 30 000 меток).
• Инфракрасная устройство записывает искривление данной решетки по поверхности физиономии.
• Создаётся 3D глубинная карта глубинности, которая практически неподвластна для имитации типичной фото или маскировкой.

Преимущества

• Надёжная функционирование даже в полной неосвещённости.
• Сильная защита к фальсификациям.
• Точность распознавания свыше 99%.

Дополнительные сенсорные устройства

В определённых устройствах задействуются также дополнительные датчики: ToF (Time-of-Flight), которые определяют период движения луча до предмета и обратно; RGB-датчики глубины; специальные лазерные измерители расстояния для формирования более точной 3D-модели физиономии.

Эти разработки используются наиболее часто во флагманских аппаратах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Программные методы: искуственный интеллект в работе

Нынешние механизмы распознавания физиономий невозможны без эксплуатации ИИ и machine learning. Именно благодаря таким инновациям, как вулкан россии, гаджет может узнавать владельца даже при трансформациях внешнего вида: новая причёска, растительность на лице, линзы или грим не становятся препятствием для разблокировки.

Обнаружение лица

На первом стадии система обязана мгновенно найти лицо среди полного снимка камеры. Для данной цели используются последовательные классификаторы Хаара или более продвинутые сверточные нейронные сети (CNN), которые “обучены” находить человеческие лица среди множества других объектов.

Пример: процесс MTCNN может находить лицо даже в случае частичном закрытии (например, платком или ладонью).

Идентификация важных моментов

После обнаружения лица устройство, такая как вулкан россии, вычисляет расположение основных точек: уголки глаз, верхушка носа, границы губ и так далее. Как правило используется от 68 до 128 главных маркеров на лице.

Это действие необходимо для выравнивания визуала: если человек держит телефон под наклоном, или наклонил голову, программа “выпрямляет” картинку до нормального состояния для последующего изучения.

Формирование биометрии шаблона

Далее искусственная сеть строит сжатое цифровое представление (“эмбеддинг”) внешности пользователя — своеобразный цифровой след лица длиной от 128 до 512 флоатов.

Этот формат очень трудно подделать: он не удерживает само изображение юзера, а лишь особенные черты его облика, что делает его идеальным для таких систем, как vulkan russia.

Сравнительный анализ и осуществление решения

В случае, когда юзер намеревается открыть смартфон взглядом, программа повторяет все указанные шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

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

Привыкание к трансформациям облика

Занимательная черта актуальных систем — способность самообучения. Если ты постоянно доступаете к мобильное устройство с новой прической или оптикой, алгоритм постепенно модернизирует эталонный модель вашего облика для улучшения точности функционирования без ухудшения безопасности.

Безопасность биометрических данных.

Большинство пользователи беспокоятся сохранять свои био-идентификационные данные на телефоне из-за вероятности потери данных или взлома гаджета. Определенные компании, вроде vulkan russia, предоставляют варианты для увеличения защиты информации клиентов.

• Локальное сохранение: Основная часть устройств записывает биометрические шаблоны исключительно внутрь защищённого микросхемы Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они никогда не покидают гаджет и закрыты даже изготовителю.

• Шифрование: Все данные хранятся только в шифрованном виде с использованием современных криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция приложений: Программы третьих девелоперов не имеют прямого доступа к биометрическим данным; они могут лишь требовать подтверждение верификации идентичности через системный API.

Стоит отметить значимую деталь: 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 большинство изготовители реализуют систему защиты от неосознанного разблокирования — в частности, требуют разомкнуть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие бывают категории распознавания лиц на изображениях?

В настоящее время можно определить определить три главных способа к выполнению этой задачи:

Программируемое 2D идентификация

Эксплуатируется только передняя камера без дополнительных датчиков глубины. Этот способ наблюдается наиболее часто в доступных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Преимущества: несложность реализации; минимальная цена; оперативная работа при достаточном свете.
Минусы: несложно обмануть снимком; неустойчивая работа ночью; низкая охрана.

Техническое трёхмерное сканирование

Задействует инфракрасную видеокамеру + проекционный модуль пикселей + датчики дистанции (Face ID от Apple; аналогичные решения у Huawei Mate).
Достоинства: большая надежность; нельзя исказить фото/видео; устойчивая функционирование в любых условиях освещения.
Минусы: увеличение цены устройства; возрастание толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Гибридные методы с интеграцией ИИ

Применяют комбинацию софтверных методов + аппаратно-техническую обработку + дополнительную обработку нейросетями для повышения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие изделия, как вулкан россии и Google Pixel Face Unlock современных версий, объединяют фронтальную камеру c инфракрасным сенсором движения Soli Radar для защиты от подделок руками/масками/видеодисплеями чужих устройств.

Примеры применения различных методов

• iPhone серии X/11/12/13/14 используют только техническое трёхмерное 3D-сканирование
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition первый раз внедрил аналог Face ID среди Android.
• Samsung Galaxy S10 модель/S20 обеспечивают как софтверное 2D распознавание по изображению фронталкой, так и сканер глазного ириса.
• Huawei Mate20 Pro использует набор из ИК-освещения + Dot Projector + ToF-сенсор

Проблемы защиты и ошибочные сигналы

Несмотря на поразительный прогресс технологий за прошедшие лет, идеальных систем пока не наблюдается:

1. Шанс обмана: Бюджетные смартфоны легко открываются качественной снимком владельца или роликом с экрана другого устройства.
2. Идентичные близняшки: Даже самые идеальные устройства могут перепутать между монозиготными близнецами либо семьями с очень схожей внешностью.
3. Трансформации внешности: Внезапное утрата веса/набор веса, косметические процедуры либо повреждения в некоторых случаях необходимы для обновления данных биометрических данных.
4. Условия фотографирования: Яркая освещённость солнечным светом либо глубокая затенение могут снизить верность определения признаков.

Вот несколько подсказок для защищённому использованию:

• Для важных операций всегда применяйте двухфакторную аутентификацию;
• Не активируйте возможность “Разблокировка по лицу” на недорогих аппаратах без ИК-сенсоров;
• Систематически апгрейдите программное обеспечение телефона для предотвращения угроз от актуальных атак;
• Включайте функцию “Требовать раскрытых глаз” везде, где она имеется.

В каких местах дополнительно используется технологии помимо мобильных телефонов?

Несмотря на то, что тема нашей статьи касается конкретно смартфонам и планшетам, стоит упомянуть о альтернативных областях использования технологии:

• Мониторинг доступа в деловых центрах и жилых домах;
• Платёжные терминалы банков (“Face Pay”);
• Цифровые паспорта современного типа;
• Комплексы видеоконтроля муниципальных подразделений;
• Автоматизация учёта посещаемости школ/институтов;
• Вход пользователей ПК/ноутбуков.

Например: В московском метро уже испытывается система оплаты проезда по лицу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через барьер без пластика или мобильника! Похожие проекты реализуются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и ряде стран Европы.

Каким способом меняется технология сегодня?

Любой годочек появляются новые концепции для усовершенствования стандарта функционирования систем лицевого распознавания:

1. Увеличивается детализация сенсорных устройств — чем больше элементов фиксируется фотоаппаратом/глубинными сенсорами, тем меньше шанс неточности;
2. Улучшаются нейронные сети — новейшие структуры вида MobileNetV3 дают возможность оперативно обучаться новым характеристикам вида пользователя непосредственно на девайсе без пересылки информации в облачное хранилище.
3. Улучшаются способы антиспуфинга — теперь смартфоны способны различать реальные движущиеся лица от фиксированных фото/маскировок по мельчайшим микродвижениям.
4. Синхронизация со умными устройствами — смарт-часы могут авто заблокировать мобильный телефон, если обладатель отошёл далеко.
5. Появляются комбинированные механизмы — к примеру совмещающие голосовую аутентификацию + облик + отпечаток пальца.

Вот, которые тренды в особенности актуальны сейчас:

1) Сокращение элементов

Компании пытаются уменьшить величину прорези (“чёлки”) под датчики на экране за счёт внедрения маленьких ИК-излучателей прямо под стекло дисплея либо выдвижных модулей камеры.

2) Обработывание прямо на девайсе

Для повышения личной безопасности всё больше обработки данных выполняется локально без отправки данных во сторонний облачный сервис.

3) Унификация регламентов

Гугл активно пропагандирует стандарт BiometricPrompt API, для того чтобы аналогичные платформы, вроде вулкан россия, и все Android-приложения могли взаимодействовать с всеми формами биометрии единообразно.

Какое решить на сегодня?

Если вам всем нужна максимальная безопасность информации, выбирайте флагманские устройства со встроенным ИК-проектором или ToF-сенсором глубины.

• iPhone каждого последних моделей
• Huawei Companion/P линейки
• Xiaomi Professional
• Vivo X серии
• Оппо Обнаружить Икс серии.

Если финансы скромен – лучше отдавать предпочтение обычным методам защиты (PIN-код/сканер отпечатка), а возможность “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, использовать только как дополнительную возможность комфорта.

Каким образом улучшить удобство использования функции?

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

1. Периодически обновляйте свою фото-шаблон, если кардинально меняется внешность.
2. Не упускайте из виду чистить линзу передней камеры – загрязнения могут уменьшить точность!
3. Включайте функцию “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так телефон сам активирует камеру если вы берёте его в руки.
4. Во время регистрационного процесса постарайтесь держать лицо ровно впереди объектива не допуская резкого наклона головы.
5. Задействуйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает мобильное устройство, если вы отвели взгляд от экрана.

Будущее развития техники

В ближайшие годы можно предполагать появления полностью безконтактных способов идентификации человека сразу по нескольким биометрическим параметрам одновременно: физиономия + речь + шаги + манипуляции руками!

Также вероятно развитие современных подходов обеспечения приватности – например, динамическое корректировка электронного паттерна после каждой удачной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из очень увлекательных технологий нашего времени! Она делает взаимодействие со смартфоном проще чем до этого, и такие аппы, как vulkan russia, могут в разы улучшить ваш опыт, но требует внимательного подхода к вопросам защиты личной информации и правильного выбора соответствующей модели гаджета для ваших нужд.

Теперь, раз вы знаете, как функционирует эта система внутри, – сможете более осмысленно определять свой будущий девайс!