Каким способом функционирует распознавание лицевых образов в телефонах

Почему мы останавливаемся на разблокировку по лицевому распознаванию

В недавние годы идентификация физиономий превратилось в одной из самых распространённых опций для разблокировки мобильных телефонов. Еще пару лет ранее основная масса использующих удовлетворялись пин-кодами, секретными кодами или датчиками отпечатков пальцев. Но при появлением таких технологий, как вулкан россия, нам достаточно лишь взглянуть на экран — и аппарат тут же опознает своего владельца.

Какой аспект делает данную особенность такой востребованной? Прежде всего, это удобно: не нужно помнить замысловатые пароли или находить нужный палец в темноте. Во-вторых, это оперативно: современные алгоритмы идентифицируют лицо фактически за мгновения ока. В-третьем пункте, это чувство футуристичности — будто в фильмах про вулкан автомат разведчиков.

Однако за этой кажущейся легкостью таится целый универсум трудных методов и инженерных концепций. Позвольте нам исследовать, как точно действует фейсканирование в актуальных гаджетах, какие существуют технологии, насколько они безопасны и что нас ждёт впереди.

Сжатая хроника эволюции технологии

Идентификация лиц как технология присутствует уже более 50 годов. Начальные пробы автоматизированного анализа лиц были сделаны еще в 1960-х годах в исследовательских центрах США. Тогда ЭВМ способны были лишь выделять силуэты головы и вычислять промежутки между очами и устами на черно-белых фотографиях.

Первые коммерческие платформы стали доступны в 1990-х годах, но они были несовершенны: действовали неспешно и часто давали сбои. Только с развитием искусственных сетей и таких платформ, как вулкан россии, высокопроизводительных мобильных процессоров идентификация лиц стало по-настоящему общедоступным явлением.

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

Главные этапы работы механизма идентификации

Процесс определения лица можно ориентировочно разделить на несколько важных этапов:

1. Распознавание лица — камера определяет наличие гуманного лица в изображении.
2. Определение характеристик — алгоритм исследует особенности облика: очертания зрительных органов, обонятельного органа, губ, позицию надбровных дуг.
3. Построение модели — создаётся особенный цифровой отпечаток (faceprint) на основе определённых признаков.
4. Сравнение со стандартом — сформированный модель сопоставляется со сохранённой при внесении биометрической информацией владельца.
5. Принятие решения — если совпадение достаточно существенное, смартфон деблокируется.

Любой из данных стадий нуждается в особых процедур и оптимизаций для скорой работы непосредственно на девайсе.

Аппаратные элементы: что скрыто внутри

Стандартная фронтальная камера.

Простейший простой способ определения облика задействует исключительно фронтальную камеру смартфона мобильного устройства. Данный подход внедрён во многих недорогих моделях Android-девайсов.

Сильные стороны:

• Не потребляет дополнительных сенсоров.
• Быстро действует при хорошем свете.

Минусы:

• Просто обмануть фотографией или видео.
• Неудачно функционирует при низком освещённости или необычных углах обзора.

ИК фотокамера и точечный проектор

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

Каким образом это работает:

• Точечный устройство проекции показывает на лицо пользователя невидимую решетку из тысяч инфракрасных пятен (например, Face ID задействует около 30 000 точек).
• ИК устройство регистрирует искривление данной решетки по плоскости лица.
• Формируется 3D карта глубины, которая практически неосуществима для имитации типичной фотографией или маскировкой.

Плюсы

• Надёжная деятельность даже в полной тьме.
• Высокая устойчивость к имитациям.
• Точность идентификации более 99%.

Дополнительные сенсоры

В отдельных девайсах используются также экстра сенсоры: ToF (Time-of-Flight), которые определяют время прохождения луча до предмета и обратно; Трехцветные-датчики глубины; специальные лазерные лидары для построения более аккуратной 3D-модели лица.

Эти разработки используются в основном во флагманских устройствах Huawei (серия Mate) или Xiaomi (серия Mi).

Программные алгоритмы: искуственный разум на действии

Текущие устройства идентификации физиономий неосуществимы в отсутствие использования искусственного интеллекта и machine learning. Именно благодаря таким технологиям, как вулкан россии, аппарат в состоянии узнавать пользователя даже при изменениях внешности: новая укладка, борода, линзы или макияж не становятся барьером для деблокировки.

Распознавание физиономии

При стартовом этапе программа обязана оперативно распознать лицо внутри целого снимка с камеры. Для данной цели используются каскадные классификаторы Хаара или более новейшие сверточные нейронные сети (CNN), которые “обучены” идентифицировать лиц человека среди множества других объектов.

Пример: метод MTCNN в состоянии обнаруживать облик даже при частичном перекрытии (например, шарфом или рукой).

Определение ключевых моментов

После обнаружения лица устройство, такая как вулкан россии, определяет расположение ключевых точек: края глаз, кончик носа, края губ и так далее. Часто используется от 68 до 128 ключевых меток на лицевой поверхности.

Это необходимо для стабилизации визуала: если юзер удерживает смартфон под углом, или склонил головку, программа корректирует картинку до обычного угла для последующего изучения.

Создание биометрического образца

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

Этот шаблон очень трудно подделать: он не удерживает непосредственно изображение юзера, а лишь уникальные черты его облика, что делает его идеальным для таких платформ, как vulkan russia.

Сравнение и вынесение заключения

В случае, когда пользователь желает открыть смартфон глазами, система воспроизводит все шаги снова и сопоставляет полученный шаблон с эталоном из памяти устройства.

Если аналогичность превышает определённый порог (обычно выше 99%), телефон, как и платформа vulkan russia, доступен; если нет — доступ блокируется.

Привыкание к трансформациям внешнего вида

Увлекательная черта актуальных системы — возможность самостоятельного обучения. Если вы часто открываете мобильное устройство с новой прической или очками, система постепенно обновляет базовый шаблон вашего внешности для повышения точности работы без снижения уровня безопасности.

Безопасность биометрических данных.

Множество юзеры беспокоятся хранить свои биометрические идентификационные данные на смартфоне из-за риска потери данных или взлома гаджета. Некоторые организации, например vulkan russia, предлагают методы для увеличения защиты информации клиентов.

• Локальное сохранение: Основная часть девайсов записывает био-идентификационные образцы исключительно внутри безопасного чипа Secure Enclave (Apple) или TrustZone (Android). Они никогда не покидают гаджет и закрыты в том числе создателю.

• Шифрование: Все информация хранятся только в шифрованном виде с использованием новейших криптографических алгоритмов AES256.

• Изоляция приложений: Приложения третьих девелоперов не имеют прямого доступа к биометрическим; они могут лишь запрашивать факт верификации идентичности через системный API.

Следует отметить существенную деталь: в случае, если кто-то достанет доступ к вашему телефону физически (например, пока вы спите), теоретически можно разблокировать устройство, поднеся его к вашему лицу. Поэтому большинство изготовители осуществляют систему защиты от “слепого” разблокирования — например, требуют разомкнуть глаза во время сканирования или применять дополнительное подтверждение после длительного простоя устройства.

Какие бывают виды идентификации лиц на изображениях?

На сегодняшний день можно выделить три главных подхода к реализации этой функции:

Софтверное двухмерное определение

Применяется только фронтальная камера без экстра детекторов глубины. Подобный подход используется наиболее часто в бюджетных моделях Android-смартфонов (например Samsung Galaxy A-серии).

Достоинства: несложность воплощения; минимальная цена; оперативная функционирование при хорошем освещении.
Минусы: просто обмануть снимком; неустойчивая функционирование ночью; низкая охрана.

Оборудование для объёмное сканирование

Применяет инфракрасную камеру + проекционный модуль пикселей + сенсоры глубины (Face ID у Apple; аналогичные решения у Huawei Mate).
Достоинства: высокая надежность; невозможно подделать изображение/видеозапись; стабильная функционирование в любых условиях освещения.
Минусы: повышение стоимости устройства; увеличение толщины верхней рамки экрана (“чёлка”)

Гибридные методы с ИИ-дополнением

Применяют комбинацию софтверных методов + аппаратно-техническую обработку + постобработку нейросетями для увеличения устойчивости к атакам (“anti-spoofing”). Например, такие товары, например вулкан россии и Google Pixel Face Unlock современных версий, объединяют фронталку c инфракрасным датчиком движения Soli Radar для предотвращения от подделок руками/масками/видеоэкранами посторонних устройств.

Образцы эксплуатации разнообразных способов

• iPhone линейки X/11/12/13/14 используют только техническое трёхмерное сканирование в 3D
• Xiaomi Mi8 Explorer Edition в первый раз предложил эквивалент Face ID в числе Android.
• Samsung Galaxy S10 модель/S20 имеют как программное двухмерное идентификацию по изображению фронталкой, так и сенсор глазного ириса.
• Huawei Mate20 Pro применяет систему из ИК-инфракрасного света + Dot Projector + ToF-сенсор

Вопросы безопасности и неверные срабатывания

Несмотря на замечательный прогресс технологий за прошедшие годы, идеальных систем пока не наблюдается:

1. Вероятность мошенничества: Доступные мобильники легко “разблокируются” качественной изображением хозяина или видеозаписью с дисплея иного гаджета.
2. Идентичные двойняшки: Даже самые совершенные системы могут перепутать между монозиготными близнецами либо родичами с очень схожей внешностью.
3. Изменения внешнего вида: Стремительное похудение/увеличение массы тела, косметические процедуры либо травмы в некоторых случаях необходимы для повторной регистрации биометрических данных.
4. Условия съёмки: Яркая освещённость солнцем либо интенсивная затенение могут понизить точность определения признаков.

Здесь несколько подсказок для безопасному применению:

• Для критически важных операций всегда используйте дополнительную аутентификацию;
• Не запускайте опцию “Разблокировка по лицу” на дешёвых моделях без ИК-сенсоров;
• Регулярно апгрейдите прошивку мобильного устройства для защиты от актуальных атак;
• Включайте функцию “Требовать распахнутых глаз” в тех местах, где она имеется.

В каких областях дополнительно находится применение технологии за исключением мобильных телефонов?

Несмотря на то, что тема этой работы посвящена конкретно портативным гаджетам, стоит упомянуть о альтернативных областях использования технологии:

• Контроль входа в деловых центрах и жилых домах;
• Платёжные терминалы банков (“Face Pay”);
• Цифровые удостоверения личности последнего типа;
• Системы видеоконтроля городских сервисов;
• Автоматизация регистрации присутствия школ/институтов;
• Аутентификация участников персональных компьютеров/ноутбуков.

Например: В городском метро уже проверяется система платежа проезда по фейсу (“Face Pay”) — нужно лишь пройти через турникет без карты или телефона! Похожие инициативы осуществляются в Китае (Шэньчжэнь), Южной Корее и некоторых европейских странах.

Каким образом меняется технический процесс сегодня?

Каждый годик проявляются новые концепции для усовершенствования стандарта деятельности систем лицевого распознавания:

1. Увеличивается детализация датчиков — чем больше деталей фиксируется видеокамерой/датчиками глубины, тем меньше риск погрешности;
2. Улучшаются искусственные интеллекты — новейшие архитектуры модели MobileNetV3 позволяют быстро адаптироваться к дополнительным особенностям вида обладателя непосредственно на девайсе без отправки данных в облако.
3. Развиваются методы антиспуфинга — теперь телефоны способны отличать настоящие анимированные облики от фиксированных снимков/масок по микроскопическим микродвижениям.
4. Интеграция со умными устройствами — умные часы могут самостоятельно закрыть доступ к мобильный телефон, если обладатель отошёл далеко.
5. Возникают смешанные механизмы — к примеру объединяющие аудио аутентификацию + облик + дактилоскопический след.

Вот, какие тренды очень актуальны в данный момент:

1) Уменьшение элементов

Производители стараются уменьшить величину выреза (“чёлки”) под сенсоры на дисплее за счёт интеграции миниатюрных ИК-проекторов прямо под поверхность дисплея либо высувных модулей камеры.

2) Обработка прямо на устройстве

Для повышения личной безопасности всё больше расчётов выполняется внутри устройства без передачи информации во сторонний облачный сервис.

3) Упорядочивание норм

Google энергично продвигает норму BiometricPrompt API, чтобы такие системы, например как вулкан россия, и каждые Android-программы были совместимы с различными типами биометрии единообразно.

Какое выбрать на сегодня?

В случае если тебе нужна максимальная сохранность информации, остановите выбор на передовые устройства с интегрированным ИК-излучателем либо ToF-сенсором глубины.

• iPhone всех новейших поколений
• Huawei Partner/Series P линейки
• Xiaomi Expert
• Vivo X серии
• Оппо Обнаружить Икс серии.

Если средства ограничен – лучше выбирать обычным средствам безопасности (PIN-код/сканер отпечатка), а опцию “разблокировка по лицу”, такую как в вулкан россия, использовать только как дополнительную опцию комфорта.

Как улучшить комфорт работы опции?

Есть некоторые советов для людей, кто уже использует функцию распознавания лица:

1. Часто обновляйте свою фотографию-шаблон, если значительно трансформируется облик.
2. Не пренебрегайте чистить объектив фронтальной камеры – загрязнения могут снизить четкость!
3. Включайте настройку “Raise to Wake” (“Поднять чтобы проснуться”) – так мобильник сам включает камеру если вы берёте его в руки.
4. При регистрации пытайтесь сохранять лицевую часть неподвижно перед видеоустройства исключая сильного наклона головы.
5. Применяйте опцию “Attention Aware” (“Реакция на внимание”) – она запирает телефон, если вы отвернулись от дисплея.

Возможности прогресса техники

В скоро наступающие периоды можно ожидать возникновения полностью дистанционных способов опознания индивидуума сразу по нескольким биометрическим данным параметрам одновременно: облик + голос + походка + движения рук!

Также возможно возникновение свежих методов обеспечения личной информации – к примеру, изменяющееся изменение цифрового шаблона после каждой результативной авторизации, чтобы осложнить его копирование злоумышленниками.

Идентификация лиц – одна из очень захватывающих техник нашего периода! Она обеспечивает взаимодействие со смартфоном удобнее чем до этого, и такие аппы, как vulkan russia, могут значительно улучшить ваш юзерский опыт, но нуждается в осознанного отношения к вопросам безопасности личных данных и грамотного выбора подходящей модели устройства под ваши задачи.

Теперь, раз вы понимаете, как работает эта методика в деталях, – будете в состоянии осознаннее выбирать свой очередной гаджет!